Свойства электрона: Понятие, свойства и заряд электрона :: SYL.ru

Понятие, свойства и заряд электрона :: SYL.ru

Электроном является элементарная частица, являющаяся одной из главных единиц в структуре вещества. Заряд электрона отрицательный. Самый точные измерения были сделаны в начале двадцатого века Милликеном и Иоффе.

Заряд электрона равен минус 1,602176487 (40)*10^-19Кл.

Через эту величину измеряется электрический заряд других мельчайших частиц.

Общее понятие об электроне

В физике элементарных частиц говорится, что электрон — неделимый и не обладающий структурой. Он задействован в электромагнитных и гравитационных процессах, принадлежит к лептоновой группе, так же как и его античастица — позитрон. Среди других лептонов обладает самым легким весом. Если электроны и позитроны сталкиваются, это приводит к их аннигиляции. Подобная пара может возникнуть из гамма-кванта частиц.

До того как измерили нейтрино, именно электрон считался самой легкой частицей. В квантовой механике его относят к фермионам. Также электрон имеет магнитный момент. Если к нему относят и позитрон, то разделяют позитрон как положительно заряженную частицу, а электрон называют негатроном, как частицу с отрицательным зарядом.

Отдельные свойства электронов

Электроны относят к первому поколению лептонов, со свойствами частиц и волн. Каждый из них наделен состоянием кванта, которое определяют в результате измерения энергии, спиновой ориентации и других параметров. Принадлежность к фермионам у него раскрывается через невозможность нахождения в одном состоянии кванта одновременно двух электронов (по принципу Паули).

Его изучают так же, как квазичастицу в периодическом кристаллическом потенциале, у которой эффективная масса способна существенно отличаться от массы в состоянии покоя.

Посредством движения электронов происходит электрический ток, магнетизм и термо ЭДС. Заряд электрона в движении образует магнитное поле. Однако внешнее магнитное поле отклоняет частицу от прямого направления. При ускорении электрон приобретает способность поглощения или излучения энергии в качестве фотона. Из его множества состоят электронные атомические оболочки, число и положение которых определяют химические свойства.

Атомическая масса в основном состоит из ядерных протонов и нейтронов, в то время как масса электронов состовляет порядка 0,06 % от всего атомного веса. Электрическая сила Кулона является одной из главных сил, способных удерживать электрон рядом с ядром. Но когда из атомов создаются молекулы и возникают химические связи, электроны перераспределяются в новом образованном пространстве.

В появлении электронов участвуют нуклоны и адроны. Изотопы с радиоактивными свойствами способны излучать электроны. В условиях лабораторий эти частицы могут изучаться в специальных приборах, а например, телескопы могут детектировать от них излучения в плазменных облаках.

Открытие

Электрон открыли немецкие физики в девятнадцатом веке, когда изучали катодные свойства лучей. Затем другие ученые стали более детально изучать его, выводя в ранг отдельной частицы. Изучалось излучение и другие связанные физические явления.

К примеру, группа во главе с Томсоном оценила заряд электрона и массу катодных лучей, отношения которых, как она выяснили, не зависят от материального источника.
А Беккерель выяснил, что минералы излучают радиацию сами по себе, а их бета-лучи способны отклоняться посредством воздействия электрического поля, причем у массы и заряда сохранялось то же отношение, что и у катодных лучей.

Атомная теория

Согласно этой теории, атом состоит из ядра и электронов вокруг него, расположенных в виде облака. Они находятся в неких квантованных состояниях энергии, изменение которых сопровождается процессом поглощения или излучения фотонов.

Квантовая механика

В начале двадцатого века была сформулирована гипотеза, согласно которой материальные частицы имеют свойства как собственно частиц, так и волн. Также и свет способен проявляться в виде волны (ее называют волной де Бройля) и частиц (фотонов).

В результате было сформулировано знаменитое уравнение Шредингера, где описывалось распространение электронных волн. Этот подход и назвали квантовой механикой. При помощи него вычисляли электронные состояния энергии в атоме водорода.

Фундаментальные и квантовые свойства электрона

Частица проявляет фундаментальные и квантовые свойства.

К фундаментальным относятся масса (9,109*10^-31 килограмм), элементарный электрический заряд (то есть минимальная порция заряда). Согласно тем измерениям, что проведены до настоящего времени, у электрона не обнаруживается никаких элементов, способных выявить его субструктуру. Но некоторые ученые придерживаются мнения, что он является точечной заряженной частицей. Как указано в начале статьи, электронный электрический заряд — это -1,602*10^-19Кл.

Являясь частицей, электрон одновременно может быть волной. Эксперимент с двумя щелями подтверждает возможность его одновременного прохождения через обе из них. Это вступает в противоречие со свойствами частицы, где каждый раз возможно прохождение только через одну щель.

Считается, что электроны имеют одинаковые физические свойства. Поэтому их перестановка, с точки зрения квантовой механики, не ведет к изменению системного состояния. Волновая функция электронов является антисимметричной. Поэтому ее решения обращаются в нуль тогда, когда одинаковые электроны попадают в одно квантовое состояние (принцип Паули).

Свойства электрона | Ревизия основ физики

В. Н. Гуськов.

Свойства характеризуют содержание физического объекта (ФО) в его взаимодействиях с окружающим миром.
Из этого следует, что  сами по себе свойства нельзя рассматривать непосредственно как материальное содержания объекта. Свойства реальны только потому, что реально содержание ФО. Они полностью зависимы от содержания объектов и проявляются  в их взаимодействиях с внешним миром. Поэтому всевозможные физические константы конкретных свойств ФО являются по существу показателями неизменности  материального содержания объекта.

Масса электрона.

Масса согласно Ньютону – это внутренняя характеристика ФО, мера его инертности (инерции).
В физике считается, что инертность объекта проявляется в его способности противостоять изменениям, внешним воздействиям. Однако с позиций концепции непосредственного близкодействия (КНБ) способностью противостоять изменениям обладают все ФО участвующие в преобразующих взаимодействиях независимо от наличия у них свойства массы.
Любой ФО будет противостоять изменениям собственного содержания, своего внутреннего движения. Это свойственно и энергетическим объектам – фотонам, которые массой не обладают (по крайней мере, в виде скалярной величины).
С позиций КНБ наличие у ФО массы определяется его способностью не противостоять изменениям вообще или сохранять свою структуру, свою внутреннюю организацию, а противостоять изменению своей связи с конкретной материальной субстанцией в которой эта структура и реализуется как ФО.
Эта способность иметь массу противоположна способности энергетических ФО сохранять свою индивидуальность только через непрерывную смену материального субстрата с которым связана его структура и содержание.
Именно объединение  этих противоположных способностей в одном целом (в системе) приводит ФО обладающий массой в пространственное перемещение, а ФО обладающий энергией к торможению, замедлению его перемещения в материальном пространстве. Такой комбинированный ФО (ЭЗСМ) состоящий из ЭСМ и ЗСМ никогда и ни при каких условиях не может пространственно покоиться или перемещаться в нем со скоростью света.

Естественно что как способность иметь массу так и способность иметь энергию строго связана со структурной организацией ФО.
Как только структура ФО имеющих массу, например электрона и позитрона, при аннигиляции разрушается, то вновь образованные структуры теряют способность иметь массу. Они становятся структурно иными объектами – фотонами. Которые  теряя связь с конкретной материальной субстанцией в своем существовании приобретают энергетические характеристики.
Казалось бы, из этого можно сделать вывод, что все  изменения, не приводящие к необратимым последствиям для объекта, имеющего массу и в частности для электрона, имеют второстепенное значение. Однако это не так.
Любые преобразующие взаимодействия с внешним миром приводят к трансформации зарядового движения в структуре электрона. (Собственно говоря, ничего другого в содержании электрона кроме этого движения и нет.).
Но структура электрона, несмотря на свою простоту такова, что, преобразования структурообразующих движений всегда обратимы. В результате этого сохраняется и общее количество зарядового движения в электроне.
А это обеспечивает не только сохранность его структуры, но и постоянство его свойств, в том числе и массы.
С другой стороны постоянство содержания позволяет электрону даже в случае вхождения его в состав более сложного образования сохранять (отчасти) свою индивидуальность и всегда становиться прежним ФО после выхода из системы.

Способностью иметь массу обладают исключительно ЗСМ (в том числе и электрон), а также все более сложные ФО, в состав которых они входят. Материя, находящаяся в основном состоянии или в энергетическом состоянии таким свойством не обладает.

Однако постоянство массы не обеспечивает электрону способность проявлять это свойство в полной мере в любой момент свого существования.
Из предыдущей статьи видно, что содержание электрона от фазы к фазе меняет направленность проявления своего содержания (свой внутренний импульс). А поскольку структурообразующие взаимодействия, происходящие в электроне протекают со скоростью света, то и электрон, находящийся в фазе «сходящихся» полуквантов будет представлять собой  своего рода «уходящий» объект.
Это значит, что любые попытки вступить с ним в преобразующее взаимодействие в этот момент ни к чему не приведут. Он будет недоступен для взаимодействия, поскольку будет уходить от любых противостояний с внешним миром. (Точно также недоступен, но только всегда(!), фотон для положительно ускоряющих его взаимодействий в плоскости распространения.)
Несовместимость электрона с чем-либо внешним , а, следовательно, и преобразование, в этой фазе существования невозможна. Спрашивается – может ли электрон в таком состоянии проявить свое свойство массы в отношениях с окружающим миром? Очевидно, нет.
И это при наличии у электрона полноценного содержания, которое количественно ничем не отличается от его содержания в фазе «расходящихся» полуквантов.

Электрический заряд электрона.

Внешнее проявление электрического заряда электрона отличается большим разнообразием, чем проявление его свойства массы. И действительно в одних взаимодействиях с тождественными по знаку заряда объектами электрон «отталкивается» от них, а в других с объектами, имеющими противоположный знак заряда он напротив «притягивается».
Эта неоднозначность внешнего проявления заряда электрона  позволяет утверждать, что результат всегда зависит от содержания и свойств обоих взаимодействующих объектов.

Однако сама по себе констатация наглядных фактов «притяжения» или «отталкивания» объектов в зависимости от их знаковой принадлежности позволяет определить только внешние признаки внутренних закономерностей процесса и вывести соответствующие им математические закономерности (закон Кулона, например). Но для того чтобы понять, почему проявление зарядового свойства электрона столь различно, и каковы принципы его реализации этого будет явно недостаточно.

Чтобы понять суть происходящего во взаимодействиях объектов имеющих электрические заряды мы вынуждены несколько отступить от темы разговора. Структура электрона, как и структура любого другого ФО существует в «среде» ОСМ. Поэтому очень важно знать, как устроен элемент ОСМ.
В предыдущей статье уже отмечалось, что разнознаковые полукванты входящие в состав элемента ОСМ должны компенсировать проявление друг друга, чтобы объект приобрел истинную (в том числе и электрическую) нейтральность. Это значит что  «уравновешивают» друг друга в своем противостоянии не только встречно направленные полукванты одного вида, но и однонаправленные полукванты разных видов. Это значит, что связь между полуквантами в элементе ОСМ разнообразна и многогранна.
По существу разделять полукванты в элементе ОСМ по знаковому признаку как мы это делали (значительно упрощая действительность) при анализе структуры электрона здесь не получится. Реальная связь между полуквантами в ОСМ такова, что они буквально не могут существовать друг без друга. Они представляют собой одно целое, стороны одной действительности. При этом ни одно из таких совокупных взаимодействий, в которых участвуют полукванты ОСМ нельзя однозначно рассматривать как, безусловно, внутреннее или внешнее. (Что вполне допустимо в случае со структурой электрона.). Они абсолютно идентичны. Поэтому определение их статуса абсолютно субъективно т. к. решающую роль будет иметь позиция наблюдателя (субъекта).
Любое взаимодействие можно рассматривать как центральное и структурообразующее и вместе с тем как внешнее с другими элементами ОСМ.
Поэтому есть все основания считать структуру ОСМ непрерывной, состоящей из своего рода «узелков» в качестве которых выступают взаимодействия. Эти взаимодействия материи находящейся в основном состоянии однотипны по принципам внутренней организации, материальному содержанию и поэтому не имеют отличительных признаков.

Конечно, все вышеизложенное о предполагаемой  структуре ОСМ может быть интересно для читателя. Но для нас сейчас важно только одна деталь — зависимость интенсивности проявления одного вида полуквантов ОСМ от наличия нейтрализующих это проявление однонаправленных с ними полуквантов другого вида. Что все это значит?  Только одно – если разнознаковые однонаправленные полукванты равны, то они полностью нейтрализуют друг друга. Если же один вид полуквантов начинает доминировать, то образуется зарядовое движение что мы и наблюдаем в электроне.

«Отталкивание» электронов.

Фактор доминирования одного вида полуквантов над другим очень важен для объяснения принципа организации внутреннего движения в электроне.
Не менее важен он и для объяснения механизма взаимодействия между ЗСМ.  Например, между двумя электронами. Зная организацию внутреннего движения в электроне не трудно понять, что произойдет с ним, когда на смену его нейтрального взаимодействия с ОСМ придет взаимодействие с тождественным по знаку ЗСМ.
Их несовместимость приведет к точно такому же преобразовательному взаимодействию, что было у них до этого с ОСМ. И результат его будет таким же – преобразование импульса взаимодействующих полуквантов.
Единственное отличие будет состоять в том, что это взаимодействие будет «преждевременным» и произойдет оно на меньшем удалении от месторасположения предшествующих центральных взаимодействий в ЗСМ.
Следовательно, в зоне  контакта электронов трансформация зарядового движения наступит раньше, чем с противоположной стороны (в зоне их взаимодействий с ОСМ). В результате произойдет смещение последующего центрального преобразовательного взаимодействия в каждом из электронов.
Не трудно догадаться – в каком именно направлении произойдет это смещение – в направлении друг от друга. Также не сложно понять, что данное смещение центров электронов равнозначно перемещению их друг от друга в пространстве.
Таков механизм «отталкивания» тождественных ЗСМ, в данном случае двух электронов. Как видим, он прост и не требует привнесения в содержание ЗС для его реализации никаких дополнительных сущностей.
Конечно, здесь дана упрощенная трактовка процесса «отталкивания» без учета энергетической составляющей. Но что самое главное — без учета взаимодействия с ОСМ.

«Притяжение» электрона и позитрона.

Посмотрим теперь, нуждаются ли электрически разнознаковые ЗСМ (электрон и позитрон) в каких-либо связующих «веревочках» для реализации «притяжения» или передачи энергетических импульсов.
Как уже отмечалось однонаправленные разнознаковые полукванты в ОСМ практически полностью нейтрализуют друг друга. Связь между полуквантами сохраняется и при переходе ОСМ в зарядовое состояние.
Только в результате нарушения количественного равновесия между полуквантами исчезает и нейтральность присущая им в ОСМ. Один вид полуквантов становится доминирующим, а что происходит с другим? Очевидно, его нейтрализация еще больше усиливается.
Естественно эти изменения не могут не проявиться во взаимодействии разнознаковых ЗСМ. И если во взаимодействии тождественных ЗСМ преобразование преобладающего вида полуквантов наступает раньше чем при аналогичном взаимодействии этих ЗС с ОСМ, то при взаимодействии разнознаковых ЗС будет наблюдаться обратный эффект.
Преобразующее взаимодействие в зоне их контакта будет запаздывать относительно аналогичного взаимодействия с ОСМ. Соответственно произойдет смещение последующих центральных взаимодействий в каждом из ЗСМ в направлении друг к другу. А это значит, что объекты должны пространственно переместиться в направлении друг к другу.
Перемещение объектов действительно произойдет, но только не друг к другу, а друг В друга!  Данное уточнение основано на положении КНБ о неизбежности непосредственного контакта при возникновении взаимодействия между ФО.
Следовательно, если уже взаимодействующие объекты перемещаются встречно, то это может означать только одно – их пространственное совмещение, а не формальное сближение.
Неверным было бы считать, что вследствие совмещения разнознаковых объектов может произойти какое-то «удвоение» действительности. Ничего подобного — совмещаемые объекты прекрасно дополняют друг друга, но материальная основа их существования (ОСМ) будет оставаться прежней. Пространственно совместимы структуры ЗСМ, но не материя. И чем глубже будет их взаимопроникновение, тем меньше будет противостояние структур (до момента возможной их аннигиляции).
Таким образом, мы видим, что для реализации «притяжения» нет никакой необходимости в связующих нитях, посредством которых объекты могли бы притянуть друг друга. Нет необходимости и в противоестественной (обратной по преобразовательной сути «отталкиванию») и, следовательно, алогичной передаче энергетического движения посредством виртуальных фотонов. В основе процесса «притяжения» лежит тот же самый механизм преобразовательного взаимодействия (а точнее совокупности взаимодействий) что и в основе «отталкивания».

Однако объяснение механизмов как «отталкивания» так и «притяжения» будет будет неполным без учета взаимодействий объектов не только между собой, но и с ОСМ в противоположных направлениях. Эти взаимодействия присутствуют всегда, но только при наличии зарядовых взаимодействий начинает проявляться их роль как движущих факторов.
Так при «отталкивании» величина противостояния в этих взаимодействиях оказывается меньше чем величина противостояния электронов, а при «притяжении» эта же величина будет больше противостояния электрона и позитрона. В результате ФО начинают смещаться по линии наименьшего сопротивления в первом случае друг от друга, во втором — друг в друга.
Результат относительного ослабления противостояния разнознаковых ФО в их взаимодействии наглядно можно представить как процесс «проваливания» их друг в друга или «вдавливания» друг в друга внешним взаимодействием с окружающим ОСМ. Но эти наглядные образы не совсем верно отражают суть происходящего. В них не находит отражение многоплановость причин происходящего. Ведь фактически «притяжение» объектов (как впрочем, и «отталкивание») это результат не одного и даже не двух конкретных взаимодействий, а комплекса всесторонних взаимодействий ФО с окружающей их материей.

Предварительные итоги.

Благодаря практически полной взаимной и всесторонней компенсации полуквантов среда ОСМ электрически нейтральна. Однако достаточно через преобразование усилить или ослабить одну из содержательных составляющих (один вид полуквантов) ОСМ как равновесие нарушается, и оно переходит в ЗСМ.
Естественно это выражается не только в усилении проявления преобладающего вида полуквантов, но и ослаблении  однонаправленного с ним противоположного вида полуквантов.
В электрическом заряде электрона находит выражение его  способность вступать во внешние преобразующие взаимодействия с разной степенью активности.
Проявление этого свойства непосредственно связано со свойствами другого взаимодействующего с ним ФО. При этом содержание взаимодействующих сторон может проявлять себя по разному. Поэтому зарядовое свойство можно определить как взаимное изменение интенсивности проявления отдельных сторон содержания  ФО при их взаимодействии.
Ничего таинственного в реализации «отталкивания» и «притяжения» электрически заряженных элементарных ФО нет.
В природе на элементарном уровне сами эти явления как таковые отсутствуют — это только внешнее проявление глубинных процессов. В основе которых лежит преобразующее взаимодействие несовместимых сторон. Поэтому принципиально механизм реализации «отталкивания и «притяжения» ничем не отличим. Единственное различие заключается в степени противостояния объектов, в величине их несовместимости.

«Спин» электрона.

Если исходить из положения о тождественности всех электронов то, рассуждая строго логично, следует признать что никакого свойства, которое позволяло бы разделить все электроны на два типа не может быть.
И действительно, поскольку свойства характеризуют содержание объекта, то отличие в чем-то свойств электронов будет свидетельствовать об их содержательном различии. Это противоречит положению о полной тождественности всех электронов.
С позиций КНБ структура электрона абсолютно прозрачна и обнаружить в ней «нечто» что могло бы послужить основанием для предположения о структурном или содержательном различии электронов (по крайней мере, на данном уровне развития наших представлений о нем) не удастся.
Поэтому есть все основания утверждать об отсутствии у электронов свойств, которые позволяли бы разделить их на отдельные группы. Следовательно, и «спин» как свойство у всех электронов должен быть одинаковый.
С другой стороны тождественность структур всех электронов не мешает им вступать во взаимодействие между собой находясь в разных фазах своего внутреннего существования. Именно наличие внутренней «пульсации» содержания ЗС позволяет разрешить, казалось бы, неразрешимую дилемму с различными «спинами» у электронов.
Наличие двух фаз во внутренних преобразовательных процессах ЗС вносит разнообразие в их отношения. Обобщая возможные варианты развития событий при взаимодействии ЗС, выделим две противоположные ситуации.
Первая – фазы существования взаимодействующих ЗС совпадают.
Вторая – структурообразующие движения во взаимодействующих ЗС находятся в противофазе.
Оба  варианта взаимодействий приведут к одному и тому же результату – «отталкиванию», но в деталях они будут отличаться. Наименее противоречивым (до определенного момента) будет отношение между ЗС, чьи внутренние зарядовые движения находятся в противофазе. Поэтому сближение таких объектов будет максимально возможным.
При совпадении фаз существования взаимодействующих электронов их противостояние будет наоборот максимальным. Поэтому при прочих равных условиях их сближение в сравнении с первой ситуацией будет минимальным.
Очевидно, это различие в результатах взаимодействий между электронами и позволяет утверждать о наличии у них разных спинов.
Вывод — «спин» является сравнительной характеристикой взаимодействующих объектов. Спин отдельного электрона теряет свою определенность.
Сказать заранее до взаимодействия какой конкретно у электрона «спин» нельзя. Можно считать, что его просто нет.
Непонимание фактора зависимости, подчиненности свойств материальному содержанию объекта может привести к серьезным трудностям в формировании представлений о ФО. Наличие у ФО каких-либо характеристик (массы, энергии, заряда), тем более, если они имеют константную величину, часто ассоциируется в сознании субъекта с самим материальным содержанием объекта. Якобы свойства присутствуют в нем.
Свойства воспринимаются как дополнительные сущности, которые имеются у объекта кроме его материального содержания или входящие в состав его материального содержания в качестве отдельных элементов.
Однако это не так, свойства могут проявляться с различной интенсивностью (в зависимости от характера взаимодействия), а порой и полностью исчезать с прекращением соответствующих взаимодействий. Содержание объекта при этом, по крайней мере, количественно может оставаться неизменным.
Вывод – «ареал обитания», область существования свойств это всегда процесс взаимодействия,  вне его свойства не могут ничем и ни в чем себя проявить. Фактически свойства, которые мы считаем характеристикой отдельного объекта, являются показателем процесса взаимодействия, а подчас и целой совокупности взаимодействий.

Дуализм свойств электрона.

Прежде чем перейти непосредственно к «дуализму» свойств электрона рассмотрим некоторые стороны отношений электрона с фотоном.
В предыдущей статье уже отмечалось отсутствие энергетического движения в структуре электрона. Это дает основания для утверждения об отсутствии у электрона и способности обладать энергией. (Здесь энергия рассматривается как свойство присущее исключительно энергетическим объектам – фотонам).
Вообще понятие энергии в физике имеет двойной смысл.
С одной стороны оно отожествляется с энергетическим содержанием самого объекта. С другой, энергия рассматривается как  свойство того же самого объекта.
Без сомнений подобное объединение ничем не может быть оправдано. Здесь надо определяться: либо энергия это содержание ФО, либо его свойство – третьего не дано.
С точки зрения автора энергия – это свойство энергетического объекта, а не его содержание. Поэтому излучать или поглощать непосредственно энергию ФО не может. Он может только проявлять свою энергичность.
Конечно, энергию, как и любое другое свойство можно потерять или приобрести, но только через преобразование материального содержания объекта, его количественное изменение.
Без физического процесса перемещение свойства «энергия» невозможно. Поэтому когда говорят об излучении или поглощении энергии обычно имеется в виду количественное изменение материального содержание объекта, которому присуще энергетическое движение.
По существу для организации внутреннего движения электрона в энергии нет никакой необходимости. А вот для проявления свойств электрона энергетическое движение и, следовательно, энергия необходимы.
Достичь этого не сложно – достаточно электрону объединиться с фотоном. Однако здесь есть одна тонкость – «приобретая» энергетическое движение электрон перестает быть самим собой и, следовательно, утрачивает свои изначальные свойства.
Несмотря на то, что в физике пространственно перемещающийся электрон рассматривается как электрон «обладающий» энергией на самом деле это не электрон, а новый ФО.
Электрон входит в состав этого объекта в качестве элемента. Поэтому фактически электрон, объединившись с фотоном, не только не приобретает новые свойства, но и теряет свойства присущие ему изначально. Это происходит всегда и со всеми ФО, которые посредством взаимодействия образуют новое целое – систему. Ни содержание элементов системы, ни их свойства не сохраняют автономность.
Это значит, что объединенные свойства не суммируются, а трансформируются в новые совокупные свойства присущие системе как целому. Таким образом, новый ФО приобретает не только энергию присущую фотону, но и массу, и заряд электрона. Образуется новый ФО, который условно можно назвать «фотоно-электроном» или энергозарядовым состоянием (ЭЗС). Этот ФО будет обладать соответствующими ему (и только ему!) объединенными свойствами, в том числе и «энергомассой».

Вывод – при образовании системы: электрон + фотон прежние свойства элементов системы не сохраняются. Поэтому выражение «движущийся электрон» также безграмотно, как и выражение «покоящийся фотон».
Таких объектов в природе не существует, если только мы не понимаем под ними систему (ЭЗС) с присущей этой системе свойством «энергомассой».

Анализируя структуру и свойства электрона, мы рассматривали электрон, так сказать в «чистом» виде. Электрон как ФО, который участвует во внешних взаимодействиях (без этого он не может существовать!), но не входит в состав более крупной физической организации, системы.
Данный подход вызван необходимостью рассмотреть не свойства какой-то системы, а свойства конкретного элементарного объекта – электрона. Понятно, что для возникновения взаимодействия электрона с любым объектом (кроме ОСМ) и, следовательно, для проявления свойств необходимо пространственное перемещение хотя бы одного из них. Это значит что наличие энергетического движения у взаимодействующих объектов обязательно. Однако, упрощая ситуацию, мы игнорируем этот факт, абстрагируемся от него.

Перейдем к рассмотрению непосредственно «дуализма» свойств электрона.
Анализ организации внутризарядового движения электрона показал, что в течение одного периода своего существования он испытывает удивительные метаморфозы. Казалось бы, соответственно должны изменяться и свойства электрона.
Однако, несмотря на своеобразную «двуликость» содержания электрона никакими исключающими друг друга свойствами он не обладает. Противопоставление электрона как «частицы» и как «волны» чисто условно. Хотя бы, потому что его содержание качественно и количественно в моменты проявление этих «свойств» остается неизменным, а сами изменения содержания электрона последовательны во времени.
Поэтому в дальнейшем будет говорить только об изменчивости свойств электрона в процессе его существования, а не об их двойственности.

Как уже отмечалось в предыдущей статье, электрон по своей природе не является волной — он природный гармонический осциллятор. Поэтому наблюдаемые в опытах по «дифракции» и «интерференции» электрона свойство «волны» проявляет на самом деле не электрон, а система: электрон + фотон. Только благодаря постоянной связи с фотоном электрон, в составе нового ФО, приобретает волновые свойства. Значит, если рассуждать строго, следует признать, что «корпускулярно — волновой дуализм» свойств как таковой не присущ электрону.
В дальнейшем речь пойдет о «фотоно-электроне» — системе состоящей из энергетического и зарядового состояний материи, т.е. о энергозарядовом состоянии материи (ЭЗСМ).

Конечно, при анализе опытов с ЭЗСМ подтверждающих их «волновой» характер нужно было бы учитывать все реальные обстоятельства происходящего. В частности то, что в процессе участвует не “однофазовая” абстрактная копия электрона, а объективно существующий “двухфазовый” электрон. Не мешало бы иметь реальные представления о структуре фотона, с которым электрон образует систему, а также иметь более четкие представления о строении мишени. Но, к сожалению, представить во всей полноте происходящее в экспериментах, на основе имеющихся знаний, не удастся. Поэтому ограничимся общими соображениями, основанными на элементарной логике.

Начнем с прохождения ЭЗСМ через две щели. Поскольку никакая мистика в науке неуместна, сразу признаем этот факт. Из этого конечно не следует, что ЭЗС в этот момент состоит из двух половинок. И электрон, и фотон в составе этой системы всегда сохраняют свою целостность.
Итак, в начальный момент прохождения ЭЗСМ в виде движущегося электрона через мишень, очевидно ФО, находится в фазе внешнего зарядообразующего взаимодействия.
Это, кстати, позволяет сделать определенные выводы о размерах ЭЗС в момент наибольшего «расширения» электрона. Они будут сопоставимы с расстоянием между отверстиями в мишени. В дальнейшем продвижении объекта через мишень их структуры должны находиться в состоянии противофаз. Это позволит ЭЗС с наименьшими изменениями достичь другого края мишени.

Результат, который будет наблюдаться на экране, полностью зависит от расстояния от мишени до экрана. Если ФО вступит во взаимодействие с экраном в состоянии совпадающих фаз, то будет наблюдаться пик проявления «энергомассовых» свойств движущегося электрона именно по центру экрана относительно расположения отверстий в мишени. Произойдет отражение ЭЗС от экрана.
Если они вступят в контакт в состоянии противофаз, то ФО проникнет вглубь экрана, и мы ничего не увидим.
При отклонении направления движения ФО от прямолинейного, расстояние до экрана будет меняться. Будет меняться и результат взаимодействий, т.к. ФО будет достигать экрана в разных фазах.
Таким образом, будет создаваться картина аналогичная наблюдаемой при интерференции волн. Однако пусть читатель сам поразмышляет — можно ли данный эффект от взаимодействий движущегося электрона с экраном  рассматривать как интерференцию его самого с собой.
Иными словами, нужно выяснить — может ли интерферировать одиночная волна? Учитывая, что согласно положениям классической физики для получения данного эффекта необходимо наложение волн друг на друга.

Для объяснения «дифракции» движущегося электрона при прохождении его через одно отверстие к сказанному мало, что можно добавить.
Логично рассуждая, следует предположить, что в начальный момент прохождения мишени ФО должен находиться в состоянии “частицы”, либо просто в противофазе с состоянием мишени.
При выходе из мишени в случае отклонения движения от прямолинейного ФО совсем не нужно обладать способностью “огибать” препятствие. Ему достаточно быть в противофазе с содержанием мишени, чтобы пройти сквозь нее практически беспрепятственно. Конечно, структура и размеры препятствия должны быть соответствующими частоте колебаний в структуре ФО.

Итоги.

Масса и заряд электрона,  наблюдаемые в течение времени значительно превышающего частоту его собственных колебаний выглядят как сохраняющиеся, постоянные величины. Но в течение одного периода колебательных движений в структуре ЗС интенсивность  проявления свойств может меняться от максимума, практически до нуля.
Электрон в фазе «сходящихся» полуквантов практически не наблюдаем и не проявляет никаких свойств (за исключением пожалуй заряда).
Все известные физике свойства электрона можно отнести к фазе «расходящихся» полуквантов. В результате отдельная фаза периода существования электрона воспринимается субъектом как полноценный физический объект. Поэтому мы вынуждены при анализе свойств электрона его существование в фазе «расходящихся» полуквантов подразделять на две своего рода «подфазы». В одной из них (на начальной стадии расширения) электрон будет иметь практически «монолитное» строение, представляя собой «частицу». В другой (в максимальной стадии расширения) благодаря неопределенности размеров и «рассеиванию» содержания в пространстве ОСМ электрон предстанет в виде «волны».
Иными словами электрон в начальной стадии расширения предстает для внешнего наблюдателя в виде точечного излучателя движущейся материи, который продуцирует «расходящиеся» полукванты одного вида.
Из-за практической ненаблюдаемости внешнего преобразующего взаимодействия границы электрона в стадии максимального «расширения» становятся призрачными.
Различия между электроном и полем пространственной деформации ОСМ, а также и с собственно содержанием ОСМ стираются. В результате становится абсолютно неясным – откуда «однофазовый» электрон «черпает» зарядовое движение для реализации процесса «излучения» своего материального содержания.
Тем более необъяснимо появление энергии, которой у «покоящегося» электрона нет, (и не может быть в принципе) но, которую, согласно существующей физической теории, электрон должен безвозвратно излучать в окружающее пространство. (Здесь под «энергией» подразумевается энергетическое содержание фотона.)

В связи с таким односторонним восприятием структуры электрона возникает ряд проблем в современной теоретической физике.
В частности представления о природе электрона основанные на математических моделях, которые появляются вследствие обобщения всего лишь наглядного, внешнего проявления одной стороны содержания электрона алогичны по своей сути.
Они требуют отказаться от норм формальной логики, мыслить не просто оригинально, а «нетрадиционно».
Ни к чему кроме как к увеличению количества пациентов психиатрических клиник это привести не может. Поскольку представить ФО который  одновременно является и волной и частицей никакой здравомыслящий субъект не в состоянии.

В самих  математических моделях призванных описывать явления природы в соответствии с оригиналом появляются несоразмерности и бесконечности по целому ряду величин (в том числе и по массе, заряду, размерам и энергии). В борьбе с этими «расходимостями» применяются хитроумные способы (в частности теория перенормировок), призванные подогнать теорию под экспериментальные данные.
Это напоминает чем-то попытки школьника младших классов решить математическую задачу любым способом, после того как он узнал ответ в конце учебника.
Все эти «сложности» вполне объяснимы т.к. теоретическая физика вынуждена объяснять явления, которые в принципе не объяснимы с позиций  современной теории.

Скорее всего, физическая действительность богаче и разнообразнее наших самых буйных фантазий и свойства материи даже на элементарном уровне (в особенности ОСМ) многогранны и неисчерпаемы.
Вероятно не только электрон во всей полноте своего структурного содержания, но и многое другое из реалий физического мира ускользает от нашего внимания. Но уже сейчас можно сказать, что ничего мистического или исключительно непознаваемого в явлениях микромира нет.

Общение с автором здесь:  v.gusckow@yandex.ru

Электрон

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

msimagelist>

Основные свойства электрона. — Мегаобучалка

Вопросы к экзамену но курсу «Электроника»

Основные понятия электроники. Краткая история развития электронных приборов и интегральных схем.

Как вы помните, электрический ток представляет собой не что иное, как направленное движение электронов по проводнику. Чем больше электронов принимают участие в этом движении, тем сильнее будет ток.

Резисторы — элементы, обладающие сопротивлением, — были названы так за свою способность сопротивляться току (resisto — «сопротивляться» в переводе с латинского), протекающему через них. Можно сказать, что резисторы представляют собой элементы, тормозящие электроны. Контролируя ток, протекающий через резистор, можно заставить схему функционировать по-разному.

Резисторы, как правило, представляют собой самые первые «кирпичики» электронных схем, поэтому вы встретитесь с ними в абсолютном большинстве проектов. Вот несколько функций, которые могут выполнять эти элементы.

 Ограничение тока на других радиоэлементах: некоторые радиодетали, такие как, например, светоизлучающие диоды (СИД), потребляют ток в широком диапазоне значений. Светодиоды, если не ограничить их искусственно, попробуют поглотить ток практически любой величины, но если дать им слишком много тока — они просто сгорят. Для ограничения тока, протекающего через СИД, очень удобно использовать резистор.

 Уменьшение напряжения на заданном участке схемы: во многих схемах необходимо подавать на различные участки разные значения напряжения, чтобы запитывать разные радиоэлементы. Это легко выполнить, имея под рукой резисторы. Соединив два резистора последовательно, как показано на рис. 1, можно получить схемотехнический узел, называющийся делителем напряжения. Полагая, например, что оба резистора имеют одинаковые сопротивления, можно сделать вывод, что раз они тормозят электроны в равной мере, напряжение в точке их соединения будет равно половине приложенного ко всему узлу напряжения.

 Контроль напряжения/тока, протекающего через другие компоненты: соединив резистор и конденсатор, можно получить простейший таймер. Если же поставить резистор на входе транзистора, то можно изменить нужным образом его коэффициент усиления. Ну, а если… Ладно, — надеемся, идея уже понятна.

 Защита входов чувствительных элементов: слишком большой ток может повредить некоторые радиодетали. Если же поставить резисторы на входах чувствительных транзисторов или интегральных микросхем, то тем самым входной ток ограничится до нужных значений. Хотя такое включение и не является стопроцентной гарантией от перегрузок токов, оно сэкономит вам немало нервов и денег, особенно если подумать, сколько времени ушло бы на поиск и устранение неисправности в схеме.

Рисунок 1.1 Для деления напряжения достаточно взять два резистора. Такой прием широко используется для обеспечения различных напряжений на разных участках схемы

Раз уж мы договорились, что резисторы служат своеобразными тормозами для электронов, то теперь следует понять, насколько же сильно нужно вдавить педаль в пол, чтобы получить требуемый поток электронов. Причем такой контроль может включать в себя и изменение сопротивления резистора «на ходу».

Чтобы понять, как можно изменить сопротивление проводника, полезно будет узнать, что существует два основных типа резисторов: постоянные и переменные. Вот чем они отличаются.

 Постоянный резистор обеспечивает некоторое постоянно заданное сопротивление току. Значение сопротивления можно расшифровать по цветовой маркировке на корпусе резистора. Зашифрованный код начинается ближе к одному из краев резистора и может состоять из четырех, пяти и иногда шести полосок разного цвета. Порядок полосок и разрядов, обозначаемых ими, приведены на рис. 2.

Рисунок 1.2 На постоянных резисторах для характеристики значений сопротивления используются цветные полоски

 Переменный резистор, или потенциометр, позволяет «на ходу» плавно изменять сопротивление от практически нулевого до некоторого жестко заданного фиксированного значения. Обычно максимальное значение сопротивления потенциометра обозначается на его корпусе.

Совет
Не все резисторы имеют цветовую маркировку. Иногда значение сопротивления может быть отпечатано прямо на корпусе. Это делают для так называемых точных резисторов: значение реального сопротивления таких резисторов очень близко к цифре, опечатанной на корпусе.1 Более подробно о них вы сможете узнать буквально через пару абзацев.

Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи.

Принцип работы транзисторного ключа, включающего ток на нагрузку R2. В роли S1 обычно выступают логические элементы или микроконтроллеры

Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать», или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости[1] и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Конденсатор постоянной ёмкости соответствующее

В Конденсаторах хранятся электроны, притягиваясь к положительному полюсу. Если убрать приложенное к конденсатору напряжение, то электроны постепенно рассосутся. Благодаря протяженности во времени накопления и рассасывания электронов, конденсаторы могут работать в качестве элементов, сглаживающих перепады напряжения.. Именно благодаря конденсаторам становится возможной работа усилителей и тысяч других схем. Конденсаторы используются в большинстве электронных устройств для выполнения самых разных функций.

 Создания таймеров: простейший таймер представляет собой своеобразный электронный метроном и состоит из конденсатора и резистора, который контролирует скорость хода такого метронома.

 Сглаживания напряжений: в источниках питания, преобразующих переменный ток в постоянный, практически всегда используются конденсаторы, помогающие сглаживать пульсации напряжения и, таким образом, получать стабильный постоянный потенциал.

 Ограничения постоянного тока: при последовательном соединении конденсатора и источника сигнала, например, микрофона, конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный⁴. Эта функция используется почти во всех усилителях.

 Подстройки частоты: конденсаторы часто используются для получения простых фильтров, отсекающих сигналы переменного тока с частотой ниже или выше некоторого заданного порога. Изменяя величину емкости конденсатора, можно изменить предельную частоту фильтра.

4 Данное свойство конденсатора основывается на том, что он представляет собой сопротивление, обратно пропорционально зависимое от частоты. Чем выше частота проходящего сигнала, тем меньше сопротивление конденсатора и наоборот; для постоянного тока частота изменения сигнала равна 0, потому сопротивление приближается к бесконечности.

Дио́д (от др.-греч. δις[1] — два и -од[2] — от окончания -од термина электрод; букв. «двухэлектродный»; корень -од происходит от др.-греч. ὁδός «путь») — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.

Обозначение (по ГОСТ 2.730-73[3]) выпрямительного полупроводникового диода на схемах.

Все диоды обязательно имеют положительный и отрицательный выводы. Эти выводы получили специальные названия: положительный называется анодом, а отрицательный — катодом. Катод диода легко опознать по полоске красного или черного цвета, расположенной у этого вывода на корпусе.

В ту строну куда показывает стрелка, диод проводит очень хорошо (сопротивление доли Ома) . В обратном направлении диод проводит очень плохо (сопротивлдение сотни килоом — мегаомы) . Если учитывать, что обычно считается что ток течет от плюса к минусу, то направление указанное стрелкой — это направление прямого тока.

Диод имеет два вывода, каждый из которых обладает крайне большим сопротивлением для тока, текущего в одном направлении, и малым — для тока, протекающего в противоположном. Иными словами, диод служит своеобразным клапаном, пропускающим электроны лишь в одном направлении; в противоположном они пройти не могут.

Диоды используются в массе различных схем, и их можно разделить на несколько типов. Вот список наиболее широко применяемых диодов.

 Зенеровский диод (стабилитрон). Ограничивает напряжение до определенного уровня. На таком диоде можно дешево и удобно построить регулятор напряжения для вашей схемы.

Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

 Светоизлучающий диод (светодиод, или СИД). Все полупроводники излучают кванты света, если через них протекает ток. Светодиоды излучают этот свет в видимом диапазоне спектра. В настоящее время можно найти светодиоды всех без исключения цветов радуги.

 Кремниевый управляемый диод (тиристор). Тиристор представляет собой своеобразный ключ, используемый для контроля переменного или постоянного тока. Такие элементы широко применяют в реостатах для регулирования освещения.

 Выпрямительный диод. Этот основной тип диода преобразовывает (или выпрямляет) переменный ток в постоянный. {Запомните: переменный ток постоянно пульсирует между плюсом и минусом, а постоянный ток стабилен и может быть постоянно либо положительным, либо отрицательным.

За исключением зенеровских, диоды не имеют номиналов, как резисторы или конденсаторы. Диод просто выполняет свою функцию, контролируя направление потока электронов. Однако это не означает, что все диоды одинаковы. Они оцениваются по двум основным параметрам: предельному обратному напряжению и максимальному току. Эти критерии определяют класс диода, который используется в той или иной схеме.

 Предельное обратное напряжение представляет собой максимальное напряжение на выводах диода, приложенное к нему в закрытом состоянии. К примеру, если диод рассчитан на 100 В, не следует применять его в схеме, в которой к нему прикладывается большая разность потенциалов.

 Максимальный рабочий ток представляет собой ток, который диод может выдержать, не выходя из строя. Предположим, некоторый диод имеет данный параметр, равный 3 А. Ток, превышающий данное значение, диод не сможет выдержать — он перегреется и выйдет из строя.

Диоды идентифицируются согласно принятому в электронной промышленности стандарту — маркировке цифровым кодом. Классический пример такой маркировки представляет собой выпрямительный диод1N4001, имеющий предельное напряжение 50 В и ток 1 А. Предельное напряжение диода 1N4002 равно уже 100 В, a 1N4003 — 200 В, и т.д.

Транзисторы появились как альтернатива вакуумным лампам. Два основных назначения транзистора (и, соответственно, вакуумной лампы) состоят в усилении сигнала или его включении/выключении. Несмотря на миниатюрные размеры транзистора, он отлично справляется с той же работой, что и электронная лампа, потребляя при этом значительно меньше энергии.

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора — изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

Обозначение транзисторов разных типов.Условные обозначения: Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;З — затвор, И — исток, С — сток.

Структура биполярного n-p-n транзистора. Ток через базу управляет током «коллектор-эмиттер»

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). Работа биполярного транзистора, в отличие от полевого транзистора, основана на переносе зарядов одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»).

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителей зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным между затвором и стоком или между затвором и истоком. Так как принцип действия полевых транзисторов основан на перемещении основных носителей заряда одного типа (электронами или дырками), такие приборы ещё называют униполярными, тем самым противопоставляя их биполярным.

Схемы включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) — осуществляет усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема;

с общим коллектором (ОК) — осуществляет усиление только по току — применяется для согласования высокоимпедансных источников сигнала с низкоомными сопротивлениями нагрузок;

с общей базой (ОБ) — усиление только по напряжению, в силу своих недостатков в однотранзисторных каскадах усиления применяется редко (в основном в усилителях СВЧ), обычно в составных схемах (например, каскодных).

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, но снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако, при такой схеме нелинейные искажения сигнала больше, чем в схемах с общей базой или с общим коллектором. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn-транзистора (Схема с заземленным эмиттером)

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало. В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.

Эмиттерный повторитель на основе npn-транзистора

Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей на основе биполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают. Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы(коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды. Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

Усилительный каскад по схеме с общей базой на основе npn-транзистора

Основные свойства электрона.

Электро́н (от др.-греч. ἤλεκτρον — янтарь[5]) — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица. Считается неделимой и является одной из основных структурных единиц вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов, строение которых определяет большинство оптических, электрических, магнитных, механических, химических свойств вещества. Движение электронов обусловливает протекание электрического тока в проводниках.

m_e=9,10938356(11)*10^(-31) кг — масса электрона.

e_0=-1,6021766208(98)*10^(-19) Кл — заряд электрона.

В большинстве источников низкоэнергетичных электронов используются явления термоэлектронной эмиссии и фотоэлектронной эмиссии. Высокоэнергетичные, с энергией от нескольких кэВ до нескольких МэВ, электроны излучаются в процессах бета-распада и внутренней конверсии радиоактивных ядер. Электроны, излучаемые в бета-распаде, иногда называют бета-частицами или бета-лучами. Источниками электронов с более высокой энергией служат ускорители.

Движение электронов в металлах и полупроводниках позволяет легко переносить энергию и управлять ею. Это явление (электрический ток) является одной из основ современной цивилизации и используется практически повсеместно в промышленности, связи, информатике, электронике, в быту. Скорость дрейфа электронов в проводниках крайне мала (~0,1—1 мм/с), однако электрическое поле распространяется со скоростью света. В связи с этим ток во всей цепи устанавливается практически мгновенно.

на задворках атомов / Хабр

Электроны, крохотные объекты, населяющие задворки атомов, играют ведущую роль в химии, переносят электрический ток по нашим электрическим сетям и внутри ударов молний, и составляют «катодные лучи», использовавшиеся для создания изображений в телевидении XX века и на экранах компьютеров. Это наиболее типичный пример (вроде бы) элементарных частиц.

Под «элементарными» я подразумеваю, что электроны неделимы и не состоят из частиц меньшего размера. При помощи «вроде бы» я напоминаю, что они элементарны, насколько нам позволяют судить об этом современные знания – то, что мы знаем об электронах, получено в экспериментах, а наши эксперименты не обладают бесконечной властью. Если электроны не элементарны, но настолько малы, что наши текущие эксперименты не могут их разломать – они будут выглядеть элементарными во всех экспериментах, проведённых нами в прошлом и настоящем, но не во всех будущих экспериментах. Так что, когда-нибудь – ведь 80 лет назад люди считали, что протоны могут быть элементарными, но им не хватало знаний, а 150 лет назад люди считали, что атомы могут быть элементарными, но им не хватало знаний – мы можем обнаружить, что электроны не элементарны. Но пока, поскольку все доступные нам эксперименты демонстрируют, что они элементарны, мы будем условно предполагать, что так и есть – помня, что это частично экспериментальный факт, и частично – предположение!

Электрон стал первой из обнаруженных субатомных частиц (первым найденным объектом, чей размер был меньше атома). Во времена его открытия, в 1890-х (обычно пишут 1897 год, но это открытие было в некотором роде постепенным), научные дебаты по поводу того, состоит ли материя из атомов, или же атомы были просто выдумкой, удобной для описания поведения материи, подходили к концу. Но даже те, кто верил в существование атомов, не обязательно считали, что атомы были неделимы (как предполагало их имя, произошедшее от греческого «неразрезаемый»). Поколение спустя, к середине 1930-х, физики подтвердили существование атомов, поняли их базовую структуру и узнали, как подсчитывать их свойства с высокой точностью. Эти подсчёты они провели с помощью уравнений из теории поведения материи 1920-х годов, называемой «квантовая механика», ставшей необходимой потому, что знаменитые уравнения Ньютона не справлялись с описанием работы атомов. Многие ключевые проверки точности квантовой механики были связаны с точными измерениями поведения электронов внутри и снаружи атомов.

Все электроны идентичны и неразличимы; если я поменяю два из них местами, вы не сможете этого обнаружить. Так что я могу писать о «свойстве электрона», а вы можете быть уверены в том, что эти свойства таковы для всех электронов. Какие же свойства присущи им?

Масса!

У электрона есть масса – она мала по сравнению с массой любого атома, поэтому про неё обычно можно забыть в начальных классах химии, но она не настолько мала, чтобы забыть о ней в физике частиц и даже в понимании структуры атомов. Хотя электроны не вносят значительного вклада в массу атома, масса электрона необходима для определения размера атома. В этом, в частности, заключается важность поля и частицы Хиггса. Эту массу можно записать по-разному, и каждый из способов даёт вам свою перспективу:

• Она равна примерно 9 × 10^-31 кг = 0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 9 кг.
• Она равна примерно 0,05% (точнее, 1/1838) массы атома водорода – легчайшего атома в природе. Большая часть его массы содержится в его ядре.
• Энергия, хранящаяся в массе электрона, E = mc², равна 0,000 511 ГэВ. Это в 200 000 раз больше энергии, переносимой одним фотоном зелёного цвета. В физике частиц масса частицы часто записывается через обратное взаимоотношение энергии и массы: для стационарной частицы m = E / c². В этих терминах масса электрона равна 0,000511 ГэВ / c².

Электрический заряд!

У электрона есть электрический заряд – а значит, на него действуют электрическое и магнитное поля. На электрически заряженную частицу в присутствии электрического поля будет действовать электрическая сила. Именно такие силы удерживают электроны внутри их атомов.

Насколько велик электрический заряд электрона? Представьте себе статическое электричество – вы прошли в ботинках по ковру, а затем, прикоснувшись к дверной ручке, другому человеку или компьютеру (!!!), вы почувствуете искру. Эта искра переносит заряд из одного места в другое – и обычно она в 10 миллионов миллионов раз больше заряда, переносимого электроном. Физики измеряют заряд с использованием произвольно выбранной единицы под названием кулон (так же, как время измеряется в секундах и длина в метрах). В типичном заряде статического электричества содержится одна миллионная доля кулона. Величину заряда электрона обычно обозначают e, и e примерно равно 1,6 × 10^-19 Кл.

Размер?

Размер электрона неизвестен; он может оказаться точечным объектом без размера, или у него может быть чрезвычайно малый размер, радиус которого не превышает 10^-18 м. Это, по меньшей мере, в 100 000 000 раз меньше радиуса атома. В ином случае мы бы видели признаки размера электрона в экспериментах.

Как на самом деле выглядит электрон? Как я писал в статье про атомы, определить понятие размера элементарной частицы сложно, поскольку электрон, хотя его и называют частицей, не является какой-нибудь пылинкой или крупинкой соли или песка. У него также есть и волновые свойства. В атоме электроны в каком-то смысле распределены по всему атому, как распространяется звуковая волна от барабана. В этом смысле, находясь внутри атома, они имеют размер всего атома.

Но это контекстуальный, а не присущий самому электрону размер. Я так и буду называть это «контекстуальным размером». Измените контекст – выньте электрон из атома, поместите его в маленькую металлическую коробку – и распределение электрона может вырасти или ужаться. У протона, наоборот, есть присущий ему размер, примерно в 100 000 раз меньше атома. Ни в каком смысле нельзя сделать протон меньше присущего ему размера, не разломав его. Короче, контекстуальный размер не может быть меньше внутреннего размера. Уменьшив контекстуальный размер электрона до минимума, в основном через рассеяние электронов высокой энергии с других частиц, мы искали их внутренний размер. Пока что ничего не нашли.

Так что, можно сказать, что эксперименты показывают, что присущий электрону размер меньше, чем 10^-18 м. А как далеко электрон распространяется в виде волны, зависит от контекста.

Спин@

Про это свойство вы могли и не слышать. Оно может покорёжить вам мозг (как покорёжило мне!)

Среди странных свойств квантового мира есть очень странный факт (впервые открытый в 1920-х Гаудсмитом и Уленбеком, пытавшимися осмыслить данные, полученные с измерений электронов в атоме) — элементарные частицы могут крутиться, даже не имея размера! Представить это невозможно: мне, по крайней мере, это недоступно. Скажем это в практическом смысле: электроны и многие другие частицы природы ведут себя так, будто это маленькие вращающиеся волчки – если их поглощает другой объект, это заставляет этот объект немного крутиться. Представьте себе, как вращающийся кусок мягкой глины падает на способный крутиться стол. Глина прилипнет к столу, и стол начнёт вращаться.

Что ещё более странно, каждый из типов частиц всегда вращается с одной и той же скоростью! Мы говорим, что у электронов спин равен 1/2; это самая малая ненулевая скорость вращения, которой способна обладать частица. Нам также известны другие типы элементарных частиц со спином 1/2, 1, и (как мы думаем) 0, и не-элементарных частиц со спинами 0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, и далее, до очень больших значений.

Магнетизм↑

Электрически заряженный вращающийся шар вёл бы себя, как магнит, и вы можете догадаться, что поскольку у электронов есть заряд и спин, они ведут себя, как магниты. И вы правы! То, что электроны ведут себя, как маленькие магниты, помогает подтвердить тот факт, что они на самом деле вращаются. Обычные, повседневные магниты, сделанные из, допустим, железа, приобретают свой магнетизм от электронов; множества и множества электронов, чьи спины аккуратно выровнены, могут создать большой магнит из множеств и множеств маленьких!

А вы уверены в том, что электроны реально существуют?

Не пора ли в этой статье продемонстрировать изображение электрона?

Электрически заряженная частица проходит через специально подготовленную пузырьковую камеру, оставит за собой след из пузырьков. Пузырьки быстро раздуваются до видимого размера, а затем этот след можно сфотографировать. Магнитное поле изгибает путь частиц; направление изгиба сообщает вам, был ли заряд частицы положительным или отрицательным. Это знаменитое фото 1933 года демонстрирует тонкий искривлённый путь пузырьков, отмеченный красными стрелками, ведущий себя точно так же, как след электрона – за исключением того, что след электрона выгнулся бы вправо. Изгиб не в ту сторону доказывает, что у частицы, оставившей след, заряд положительный, и поэтому след оставлен позитроном, античастицей электрона. Горизонтальная черта и диагональные линии – это артефакты фотографии и экспериментальной установки.

В отличие от молекул и атомов, достаточно крупных для того, чтобы сделать их фотографии при помощи особых микроскопов, изображение электрона сделать невозможно. Он просто слишком мал и неуловим. Мы можем делать изображения следов электронов, проходящих сквозь материю, как на рисунке (там показан антиэлектрон, позитрон, но электрон выглядел бы практически точно так же), но мы не можем получать изображения электронов напрямую.

Но наша уверенность в существовании электронов очень сильна, а наши знания их свойств весьма точны. Откуда берётся это уверенность?

Это важный вопрос, поскольку один из самых частых вопросов, который задают специалистам по физике частиц – это знаем ли мы на самом деле, что эти частицы существуют, или же мы обманываем себя (и всех остальных), и тратим кучу денег на ерунду, которая оказывается всего лишь горячим воздухом, выходящим из наших голов.

Да, мы знаем, что мы делаем. И мы знаем об этом уже более ста лет. Часть нашей уверенности получена благодаря таким изображениям, которое приведено выше. Но есть и множество других источников уверенности, о которых я, возможно, напишу позже.

Тема 4. Свойства электронов. Работа выхода электро-нов. Движение электронов в электрических и магнитных полях.

Цели и задачи изучения темы:

Целью изучения данной темы является ознакомление со свойствами электронов и их поведением в магнитных и электрических полях.

Свойства электронов.

Работа электронных приборов и интегральных микросхем основана на управлении концентрацией, скоростью, и направлением движения заряжен-ных частиц в различных средах с помощью электрических и магнитных полей. Изучение свойств этих частиц и их поведения в различных условиях с помощью электрических и магнитных полей является необходимой предпосылкой для понимания работы разнообразных электронных элементов.

В связи с этим возникает вопрос:

Почему именно электрон наилучшим образом удовлетворяет тре-бованиям, предъявляемым к частицам, выступающим в качестве носи-телей тока в электронных приборах?

Свойства электронов достаточно хорошо изучены. Электрон – это электрически заряженная частица, имеющая :

отрицательный заряд е=1.602× 10^-19 Кл ;

массу m_е= 9,109× 10^{-31 кг;}

радиус r_е= 2,82 × 10^{-15 м ;}

удельный заряд =1,759× 10¹¹ Кл/кг.

Ни одна другая частица не имеет такого большого значения отношения заряда к массе , как электрон. Это позволяет легко отличить его от других частиц.

Электроны обладают следующими основными свойствами:

в электрическом поле электроны испытывают воздействие силы и сами могут создавать электрическое поле;

Электроны отталкиваются друг от друга;

Движущиеся электроны образуют электрический ток. Следовательно, подобно электрическому току, проходящему последовательно, поток электронов создает магнитное поле и в поперечном магнитном поле сам испытывает воздействие силы;

Находясь в движении электрон обладает кинетической энергией, равной . При столкновении электрона с каким либо телом их кинетическая энергия превращается в тепловую; при соударении движущегося электрона с нейтральным атомом кинетическая энергия электрона может быть затрачена на ионизацию атома;

Благодаря большой величине электрон обладает высокой подвижностью.

Как уже отмечалось, в соответствии с квантовой теорией электроны, помимо свойств, присущих отдельным материальным частицам (корпускулам), обладают также и волновыми свойствами. Установлено, что электронам, как и световым лучам, свойственно явление дифракции, т.е. огибание препятствия, поставленного на их пути. Особенно заметны волновые свойства электронов в пространстве, линейные размеры которого сравнимы с размерами электрона.

Работа выхода электронов и влияние адсорбционных слоев на работу выхода.

Работа выхода электронов

Для работы электронных приборов необходимы свободные электроны. Только в этом случае они смогут выполнять функции носителей электричес-кого тока. Как получить такие электроны? На первый взгляд, ответ не вызы-вает затруднений – ведь каждое из окружающих нас веществ содержит мно-жество электронов. Задача заключается лишь в том, чтобы « оторвать» их от ядра и при необходимости «извлечь» из вещества. Но, оказывается , это возможно лишь при выполнении определенных условий, о которых и пойдет речь ниже.

При температуре абсолютного нуля (Т =0° К) и отсутствии других источников возбуждения электроны в атомах любого вещества занимают уровни с наименьшей энергией. В проводниках, обладающих высокой концентрацией электронов в зоне проводимости, распределение электронов по величинам энергии можно изобразить графиком (рис. 4.2.1), названным распределением Ферми (по оси абсцисс отложено значение энергии, а по оси ординат – количество электронов).

Из графика (кривая 1) видно. что при температуре абсолютного нуля нет электронов, обладающих энергией, большей Е_F(уровень Ферми). Величина Е_Fзависит от физических свойств материала и определяется выражением

, (4.2.1)

где h– постоянная Планка;

m_e–масса электрона;

N– число свободных электронов в 1 см³ проводника.

В металлах N » 10²²…10²³. Поэтому максимальная энергия Е_F элект-ронов внутри металла достигает десятков электрон-вольт. Однако выход электронов на поверхность металла при температуре абсолютного нуля и отсутствии внешних воздействий (освещения поверхности проводника, бомбардировка пучком электронов и т.п.) не наблюдается. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, те немногие электроны, которые выходят за пределы проводника, теряют большую часть своей энергии и накапливаются на поверхности металла. Между этими электронами и положительными ионами, находящимися внутри металла у его поверхности, образуется элект-рическое поле, направленное от проводника к слою электронов (рис. 4.2.2).

Совокупность положительных ионов у поверхности металла и электронов, появля-ющихся над поверхностью, называется двойным элект-рическим слоем. Действие двойного электри-ческого слоя на электроны, стремящиеся покинуть пределы металла, является тормозящим, так как этим электронам приходится лететь по направлению электрических силовых линий и отдавать свою энергию полю.

Во-вторых, если некоторое количество электронов все же вышло за пределы металла в окружающую среду, то металл будет их обратно притягивать. Объясняется это тем, что металл, лишенный части электронов, заряжается поло-жительно и, следовательно, между ним и вылетевшими электронами возникает электри-ческое поле, препятствующее выходу новых электронов.

Таким образом, для отрыва от поверхности проводника электроны должны затратить работу против электрических сил, возвращающих их обратно, т.е. некоторую полную энергию

E_a= E_F + E₀ (4.2.2)

Величина E₀называется работой выхода. Работа по перемещению электрона из проводника в окружающее пространство равна произведению заряда электрона е на пройденную разность потенциалов φ₀. Поэтому

E₀ = E_a— E_F= еφ₀. (4.2.3)

Эта работа измеряется в электрон-вольтах (эВ).

Диаграмма изменения энергии при переходе электрона из металла в вакуум приведена на рис. 4.2.3. По оси ординат отложена величина энергии в соответствующих точках пространства, а по оси абсцисс – расстояние от поверхности металла. В целом кривая изображает потенциальный барьер, удерживающий электроны в металле.

Участок abсоответствует максимальной энергии электрона Е_Fвнутри металла; высота потенциального барьера определяет полную энергию Е_а, которую электрон должен иметь для выхода из металла, разность этих энергий соответствует работе выхода электрона еφ₀.

Величина работы выхода твердых тел зависит от их структуры и явля-ется физической характеристикой тела. Чем меньше у данного проводника работа выхода, тем меньшей должна быть затрата энергии для получения свободных электронов вне этого проводника.

Несколько сложнее обстоит дело с определением работы выхода электронов из полу-проводника. Как видно из рис. 4.2.4, выход электронов возможен из зоны проводимости с затратой работы χ₀ , с примесных уровней с затратой работы χ₁ и из валентной зоны с затратой работы χ₂, χ₃ .

Наименьшая работа χ₀ требуется для удаления электрона из зоны проводимости. Однако выход только таких электронов будет приводить к нарушению равновесного состояния электронного газа, которое может восстанавливаться за счет перехода электронов в зону проводимости с примесных уровней и из валентной зоны. Такой переход требует затраты работы, которая совершается частично за счет внутренней энергии кристалла, вследствие чего при восстановлении равновесия кристалл охлаждается. При удалении электронов из валентной зоны равновесие восстанавливается путем перехода в эту зону части электронов из зоны проводимости. Это сопровождается выделением энергии и приводит к нагреванию кристалла.

И только одновременное удаление электронов с уровней, расположенных выше и ниже уровня Ферми, и в таком соотношении, чтобы их средняя энергия отвечала уровню химического потенциала , не приводит к изменению температуры полупроводника и нарушению равновесия системы. Поэтому и для полупроводников за работу выхода принимают расстояние от уровня Ферми до нулевого уровня, хотя на самом уровне Ферми может не находиться ни одного электрона.

Работа выхода измеряется обычно в электрон-вольтах. Отношение работы выхода к заряду электрона представляет собой потенциал выхода. Работа выхода, измеренная в электрон-вольтах, численно равна потенциалу выхода, измеренному в вольтах.



Физика 21 века: — Электрон (элементарная частица)

Реальные результаты президентских выборов в Беларуси
Беларусь: Что будет с силовиками …

Подняли руку на Христа Действие ОМОН
Что ждет Беларусь 27.09 Мнение Артемия Троицкого

Народ Беларуси — Москва, Питер, Хабаровск с вами!!! Взоры планеты обращены к вашей борьбе со злом, но Кремль тупо продолжает поддерживать Лукашенко и его держиморд.

Данная статья была написана Владимиром Горунович для сайта «Викизнание», под названием «Электрон в полевой теории», помещена на этот сайт в целях защиты информации от вандалов, а затем дополнена на этом сайте.

Полевая теория элементарных частиц, действуя в рамках НАУКИ, опирается на проверенный ФИЗИКОЙ фундамент:

• Классическую электродинамику,
• Квантовую механику,
• Законы сохранения — фундаментальные законы физики.

В этом принципиальное отличие научного подхода, использованного полевой теорией элементарных частиц — подлинная теория должна строго действовать в рамках законов природы: в этом и заключается НАУКА.

Использовать не существующие в природе элементарные частицы, выдумывать не существующие в природе фундаментальные взаимодействия, или подменять существующие в природе взаимодействия сказочными, игнорировать законы природы, занимаясь математическими манипуляциями над ними (создавая видимость науки) — это удел СКАЗОК, выдаваемых за науку. В итоге физика скатывалась в мир математических сказок.

1 Радиус электрона
2 Электрическое поле электрона
3 Магнитный момент электрона
4 Масса покоя электрона
5 Физика 21 века: Электрон (элементарная частица) — итог

Электрон (англ. Electron) — легчайшая элементарная частица, обладающая электрическим зарядом. Квантовое число L=1/2 (спин = 1/2) — группа лептоны, подгруппа электрона, электрический заряд -e (систематизация по полевой теории элементарных частиц). Стабильность электрона обусловлена наличием электрического заряда, при отсутствии которого электрон бы распадался аналогично мюонному нейтрино.

Согласно полевой теории элементарных частиц, электрон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей.

Структура электромагнитного поля электрона (E-постоянное электрическое поле ,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)

Энергетический баланс (процент от всей внутренней энергии):

• постоянное электрическое поле (E) — 0,75%,
• постоянное магнитное поле (H) — 1,8%,
• переменное электромагнитное поле — 97,45%.

Этим объясняются ярко выраженные волновые свойства электрона и его нежелание участвовать в ядерных взаимодействиях. Структура электрона приведена на рисунке.

1 Радиус электрона

Радиус электрона (расстояние от центра частицы до места в котором достигается максимальная плотность массы) определяемый по формуле:

равен 1,98 ∙10^-11 см.

Радиус области пространства, занимаемого электроном, определяемый по формуле:

равен 3,96 ∙10^-11 см. К величине r_0~ добавился еще радиус кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем электрона. Необходимо помнить, что часть величины массы покоя, сосредоточенной в постоянных (электрическом и магнитном) полях электрона находится за пределами данной области, в соответствии с законами электродинамики.

Электрон больше любого атомного ядра, поэтому не может присутствовать в атомных ядрах, а рождается в процессе распада нейтрона, также как позитрон рождается в процессе распада в ядре протона.

Утверждения о том, что радиус электрона порядка 10^-16 см бездоказательные и противоречат классической электродинамике. При таких линейных размерах электрон должен быть тяжелее протона.

2 Электрическое поле электрона

Электрическое поле электрона состоит из двух областей: внешней области с отрицательным зарядом и внутренней области с положительным зарядом. Размер внутренней области определяется радиусом электрона. Разность зарядов внешней и внутренней областей определяет суммарный электрический заряд электрона -e. В основе его квантования лежат геометрия и строение элементарных частиц.

Потенциал электрического поля электрона в точке (А) в дальней зоне (r > > r_e) точно, в системе СИ равен:

Напряженность E электрического поля электрона в дальней зоне (r > > r_e) точно, в системе СИ равна:

где n = r/|r| — единичный вектор из центра электрона в направлении точки наблюдения (А), r — расстояние от центра электрона до точки наблюдения, e — элементарный электрический заряд, жирным шрифтом выделены вектора, ε₀ — электрическая постоянная, r_e=Lħ/(m_0~c) — радиус электрона в полевой теории, L — главное квантовое число электрона в полевой теории, ħ — постоянная Планка, m_0~ — величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося электрона, c — скорость света. (В системе СГС отсутствует множитель .)

Данные математические выражения верны для дальней зоны электрического поля электрона: (r>>r_e), а голословные утверждения что «электрическое поле электрона остается кулоновским вплоть до расстояний 10^-16 см» не имеет ничего общего с действительностью — это одна из сказок, противоречащая классической электродинамике.

Согласно полевой теории элементарных частиц, постоянное электрическое поле элементарных частиц с квантовым числом L>0, как заряженных, так и нейтральных, создается постоянной компонентой электромагнитного поля соответствующей элементарной частицы. А поле электрического заряда возникает в результате наличия асимметрии между внешней и внутренней полусферами, генерирующими электрические поля противоположных знаков. Для заряженных элементарных частиц в дальней зоне генерируется поле элементарного электрического заряда, а знак электрического заряда определяется знаком электрического поля, генерируемого внешней полусферой.В ближней зоне данное поле обладает сложной структурой и является дипольным, но дипольным моментом оно не обладает. Для приближенного описания данного поля как системы точечных зарядов потребуется не менее 6 «кварков»внутри электрона — лучше если взять 8 «кварков». Понятное дело, что это выходит за рамки стандартной модели.

У электрона, как и у любой другой заряженной элементарной частицы, можно выделить два электрических заряда и соответственно два электрических радиуса:

• электрический радиус внешнего постоянного электрического поля (заряда -1.25e) — r_q-= 3.66 10^-11 см.
• электрический радиус внутреннего постоянного электрического поля (заряда +0.25e) — r_q+= 3 10^-12 см.

Данные характеристики электрического поля электрона соответствуют распределению 1 полевой теории элементарных частиц. Физика пока экспериментально не установила точность данного распределения, и какое распределение наиболее точно соответствует реальной структуре постоянного электрического поля электрона в ближней зоне.

Электрический радиус указывает среднее местонахождение равномерно распределенного по окружности электрического заряда, создающего аналогичное электрическое поле. Оба электрических заряда лежат в одной плоскости (плоскости вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы) и имеют общий центр, совпадающий с центром вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы.

Напряженность E электрического поля электрона в ближней зоне (r ~ r_e), в системе СИ, как векторная сумма, приблизительно равна:

где n_—=r_—/r — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда q_— электрона в направлении точки наблюдения (А), n₊=r₊/r — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда q₊ электрона в направлении точки наблюдения (А), r — расстояние от центра электрона до проекции точки наблюдения на плоскость электрона, q_— — внешний электрический заряд -1.25e, q₊ — внутренний электрический заряд +0.25e, жирным шрифтом выделены вектора, ε₀ — электрическая постоянная, z — высота точки наблюдения (А) (расстояние от точки наблюдения до плоскости электрона), r₀ — нормировочный параметр. (В системе СГС отсутствует множитель .)

Данное математическое выражение представляет собой сумму векторов и ее надо вычислять по правилам сложения векторов, поскольку это поле двух распределенных электрических зарядов (q_—=-1.25e и q₊=+0.25e). Первое и третье слагаемое соответствуют ближним точкам зарядов, второе и четвертое — дальним. Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области электрона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: r 0~c и Z 0~c).

Потенциал электрического поля электрона в точке (А) в ближней зоне (r ~ r_e), в системе СИ приблизительно равен:

где r₀ — нормировочный параметр, величина которого может отличаться от в формуле E. (В системе СГС отсутствует множитель .) Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области электрона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: r 0~c и Z 0~c).

Калибровку r₀ для обоих выражений ближней зоны необходимо производить на границе области, генерирующей постоянные поля электрона.

3 Магнитный момент электрона

В противовес квантовой теории полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращением электрических зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0.

Поскольку величины главного квантового числа L и спина у лептонов совпадают, то могут совпадать и величины магнитных моментов заряженных лептонов у обеих теорий.

Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент электрона аномальным — его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

Так, основной магнитный момент электрона создается током:

• (-) с магнитным моментом -0,5 eħ/m_0ec

Для получения результирующего магнитного момента электрона надо умножить на процент энергии переменного электромагнитного поля, разделенный на 100 процентов и добавить спиновую составляющую (смотри Полевая теория элементарных частиц исходник), в результате получим 0,5005786 eħ/m_0ec. Для того чтобы перевести в обычные магнетоны Бора надо полученное число умножить на два.

4 Масса покоя электрона

В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя элементарных частиц с квантовым числом L>0, в том числе и электрона, определяется как эквивалент энергии их электромагнитных полей:

где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E — напряженность электрического поля, H — напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле.

Как следует из приведенной формулы, величина массы покоя электрона зависит от условий, в которых электрон находится. Так поместив электрон в постоянное внешнее электрическое поле, мы повлияем на E², что отразится на массе частицы. Аналогичная ситуация возникнет при помещении электрона в постоянное магнитное поле.

5 Физика 21 века: Электрон (элементарная частица) — итог

Перед Вами открылся новый мир — мир дипольных полей, о существовании которых физика 20 века и не подозревала. Вы увидели, что у электрона имеются не один, а два электрических заряда (внешний и внутренний) и соответствующие им два электрических радиуса. Вы увидели, что линейные размеры электрона значительно превышают линейные размеры протона. Вы увидели, из чего складывается масса покоя электрона и что воображаемый бозон Хиггса оказался не у дел (решения Нобелевского комитета — это еще не законы природы …). Более того, величина массы зависит от полей, в которых находится электрон. Все это выходит за рамки представлений, господствовавших в физике второй половины двадцатого века. — Физика 21 века — Новая физика переходит на новый уровень познания материи.

Владимир Горунович

Новости электронной недвижимости, исследования, вебинары и многое другое

Новости

7 января 2020Laurie Winkless

News

Химические соединения на основе тория и водорода проводят электричество без сопротивления при относительно высоких температурах

17 декабря 2019 Cordelia Sealy

News

Новый класс полимеры удешевляют сетчатые батареи

27 ноября 2019Лори Дональдсон

Новости

Улучшение аппроксимации конуса Дирака в термоэлектронной эмиссии графена

31 октября 2019Лори Дональдсон

Новости

Самый маленький спектрометр на основе одной нанопроволоки 4 октября 2019 года

Золотые нанопленки для гибких электронных приложений

3 сентября 2019Лори Дональдсон

Новости

Полуметаллы Вейля могут быть использованы для изготовления новых фотонных устройств

30 августа 2019Лори Дональдсон

Новости

Квантовые эффекты позволяют самарий никелат, чтобы имитировать шестое чувство акулы, обнаруживая мельчайшие электрические поля в соленой воде.

15 января 2018

News

Двухэтапный процесс термического восстановления повышает проводимость и подвижность восстановленного оксида графена (RGO), открывая новые потенциальные области применения.

9 января 2018Cordelia Sealy

News

Устройство солнечной энергии, такое как стеклопакет, предлагает новый подход.

8 января 2018Laurie Donaldson

News

Батареи с питанием от пота, полностью сделанные из ткани

5 января 2018Laurie Donaldson

News

Стеклянный углерод — легкий, сверхпрочный, очень твердый, эластичный и электропроводный, он идеально подходит для военной брони и аэрокосмические приложения.

28 сентября 2017 Корделия Сили

.

Электронные свойства антиперовскитных материалов на основе современной функциональной теории плотности

Мы представляем обзор исследований, посвященных теоретическим электронным свойствам
антиперовскитные материалы. Антиперовскитовые материалы имеют структуру типа перовскита с
позиции катионов и анионов поменялись местами. Электронные структуры используются для объяснения
разные физические свойства материалов; поэтому очень важно понимать структуру полос и
плотности состояний материалов для их эффективного использования в технике.Теоретические результаты
Обсуждена электронная структура антиперовскитов и проведено сравнение с доступными
результаты экспериментов для измерения точности исследований, проведенных до сих пор на этих материалах. В
важные физические свойства этих соединений, такие как магнитные свойства и сверхпроводимость
также выделены. Тем не менее термоэлектрические свойства этих материалов до сих пор не исследованы.
за исключением нескольких отчетов, которые предполагают, что антиперовскитные материалы могут быть потенциальными кандидатами на
термоэлектрические генераторы.

1. Введение

Многие материалы имеют структуру типа перовскита с формулой ABX ₃ , где A и B — катионы, а X — анион. Атомы X образуют двенадцатикратную симметрию, находясь в центре краев элементарной ячейки, атом A в центре и атомы B в углах элементарной ячейки. Обычно атомы X образуют октаэдрическую координацию, находясь в центрах граней элементарной ячейки, атомы A в углах и атом B в центре [1]. Первый перовскитовый материал CaTiO ₃ был открыт Густавом Роузом [2] и назвал его в честь русского минералога Льва Перовского.Перовскиты имеют разные типы, такие как простые перовскиты (KMnF ₃ [3] и SrTiO ₃ [4]), антиперовскиты (SbNCa ₃ и BiNCa ₃ [1]), обратные перовскиты ((Eu ₃ O ) In и (Eu ₃ O) Sn [5]), двойные перовскиты (SrLaVMoO ₆ [6]) и двойные антиперовскиты (Na ₆ FCl (SO ₄ ) ₂ [7]) в зависимости от состава и химии составляющих элементов материала. Во всех этих типах встречаются различные структуры, такие как кубическая [8], ромбическая [9], тетрагональная [10], ромбоэдрическая [11] и гексагональная [12].

Антиперовскитные материалы представляют собой неорганические соединения, имеющие структуру типа перовскита с заменой позиций анионов и катионов [13]. На рис. 1 представлена ​​простейшая кубическая структура антиперовскитов с пространственной группой Pm3m (221) [14]. Благодаря тому, что антиперовскиты находят применение в различных промышленных применениях, в последнее десятилетие они привлекли к себе большое внимание исследователей [15]. Широкий диапазон запрещенных зон в этих материалах — одна из важных причин их промышленного применения [16, 17].Антиперовскиты обладают огромным потенциалом для решения энергетического кризиса, поскольку эти материалы обладают хорошими термоэлектрическими (ТЭ) свойствами [18]. В термоэлектрике отработанное тепло напрямую преобразуется в электрическую энергию. Исследователи ищут подходящие материалы для термоэлектрических генераторов для достижения высокого КПД. Хорошие термоэлектрические материалы обычно имеют ширину запрещенной зоны, достаточно большую, чтобы иметь большой коэффициент Зеебека, но достаточно малую, чтобы иметь достаточно высокую электропроводность [19].

Семейство антиперовскитных материалов включает все виды соединений, включая металлы, полупроводники, изоляторы и сверхпроводники, которые делают их применимыми в различных технологиях.В аккумуляторах твердые тела, обладающие сверхионной проводимостью, считаются лучше, чем жидкие органические электролиты [20], и, следовательно, литиевые антиперовскиты могут использоваться в качестве твердых электролитов в аккумуляторах [21]. Кроме того, эти материалы обладают интересными физическими свойствами, такими как гигантское магнитосопротивление (ГМС) [22], почти нулевые температурные коэффициенты сопротивления [23] и магнитострикция [24]. Эти свойства делают антиперовскиты очень полезными в промышленных приложениях, таких как GMR, используемых в датчиках магнитного поля, которые используются для считывания данных с жестких дисков, биосенсоров, микроэлектромеханических систем (MEMS) и других устройств.Точно так же нулевой температурный коэффициент удельного сопротивления делает антиперовскиты подходящими материалами в любую погоду. Наряду с этими применениями антиперовскиты также демонстрируют превосходные механические свойства [25–27], что делает их возможным применение в автомобильной и космической технике, поскольку в этой отрасли нам нужны материалы с легкостью, с одной стороны, и большой механической прочностью, с другой. Сверхпроводимость обнаруживается также в антиперовскитах. В 2001 году сообщалось, что первый антиперовскитный материал MgCNi ₃ обладает сверхпроводимостью при температуре ниже 8 К [28].Это открытие открыло новые возможности для исследований семейства антиперовскитов. Литература показывает, что другие материалы, такие как CdCNi ₃ и ZnNNi ₃ , также обладают сверхпроводимостью [29]. Кроме того, магнетизм — одно из важнейших свойств антиперовскитов с различной магнитной структурой и разными температурами перехода [25, 30]. Из-за сильных магнитных эффектов эти материалы очень привлекательны для использования в устройствах памяти и датчиках и подходят для спинтроники.Более того, наличие малых запрещенных зон во многих антиперовскитах делает их хорошими кандидатами в оптические устройства. Имеющаяся литература по этим соединениям показывает, что исследователи во всем мире проявляют большой интерес к оптическим свойствам антиперовскитов [17, 31, 32].

Различные физические свойства, такие как термоэлектрические, оптические, магнитные и механические свойства, сильно зависят от электронных свойств материала. Небольшое изменение электронной структуры вызывает большие изменения этих свойств.Поэтому очень важно иметь глубокое понимание зонной структуры и плотности состояний материалов для их эффективного использования в оптических устройствах, устройствах памяти и термоэлектрических устройствах. Цель данной обзорной статьи — представить всестороннее обсуждение теоретических исследований электронных свойств материалов типа антиперовскита. Эта работа представляет собой глубокое понимание развития исследований по этому вопросу, и мы надеемся, что этот обзор принесет пользу исследователям, работающим в этой области.

2. Антиперовскитные материалы на основе группы II-A

Элементы группы II-A очень важны из-за их разнообразного применения в электронике [33], механике [34] и военном деле [35]. Эти элементы имеют два электрона во внешней оболочке и легко теряют их, образуя ионные связи в целом. Существует много антиперовскитных материалов, которые имеют элемент группы II-A в центре элементарной ячейки, обеспечивающий октаэдрическую координацию. Черн и др. синтезированный антиперовскитный материал на основе кальция BiNCa ₃ путем смешивания и прессования порошков Ca ₃ N ₂ и Bi в гранулу с последующим нагреванием гранулы при 1000 ° C в потоке сухого газа N ₂ [1] .Авторы заменили Bi другими трехвалентными элементами, P, As, Sb, Ge, Sn и Pb, и получили тот же результат, что и ожидалось. Авторы сообщают, что все эти материалы находятся в кубической структуре, за исключением PNCa ₃ и AsNCa ₃ , которые имеют искаженную орторомбическую структуру из-за малого атомного размера P ⁻³ и As ⁻³ . Измерения удельного сопротивления показывают, что материалы PbNCa ₃ , SnNCa _3, и GeNCa ₃ имеют металлическую природу, BiNCa ₃ и SbNCa ₃ — полупроводники с малой шириной запрещенной зоны, а AsNCa _{3a 3a 3a демонстрируют изолирующие свойства со структурными фазовыми переходами.}

Следовательно, различные исследователи теоретически исследовали электронные свойства, такие как зонные структуры и плотности состояний этих материалов, для глубокого понимания их соответствующего поведения в других физических свойствах. Папаконстантопулос и Пикетт [36] изучали электронные свойства BiNCa ₃ и PbNCa ₃ , используя приближение локальной плотности (LDA), которое обычно недооценивает ширину запрещенной зоны. Авторы показывают, что BiNCa ₃ представляет собой узкозонный полупроводник, а PbNCa ₃ — металлический материал, подтверждая экспериментальные результаты, представленные на рисунках 2 (a) и 2 (b).Pb имеет на один электрон меньше, чем Bi, а BiNCa ₃ имеет очень маленькую запрещенную зону; поэтому ожидалось, что PbNCa ₃ будет металлом. Валентности составляющих элементов в BiNCa ₃ дают ионную картину соединения; однако авторы утверждают, что в то же время присутствует сильное ковалентное перемешивание из-за p-состояний Bi и N.

Vansant et al. [37] изучали зависимые от давления структурные и электронные свойства PNCa ₃ , AsNCa ₃ и BiNCa ₃ с использованием LDA.Позиции атомов ромбического AsNCa ₃ представлены в таблице 1, воспроизведенной из [38]. Vansant et al. подтвердили, что при температуре и давлении окружающей среды AsNCa ₃ и PNCa ₃ принимают орторомбическую структуру с пространственной группой Pbnm, тогда как BiNCa ₃ представляет собой простой куб с пространственной группой Pm3m. Также стоит отметить, что орторомбическая структура AsNCa ₃ оказывается более стабильной, чем кубическая структура SC5, при увеличении давления, тогда как ширина запрещенной зоны уменьшается с давлением для этого материала.При давлении 59 ГПа AsNCa ₃ демонстрирует фазовый переход в кубический SC15 с 15 атомами на элементарную ячейку.

Moakafi et al.исследовали упругие, электронные и оптические свойства кубических антиперовскитов SbNCa ₃ и BiNCa ₃ [31]. Авторы использовали три различных потенциала, то есть LDA, приближение обобщенного градиента (GGA) и Engel Vosko (EV-GGA), чтобы исследовать электронные свойства этих материалов, и получили ширину запрещенной зоны 0,65 и 0,36 эВ для SbNCa _3. и BiNCa ₃ соответственно. Их работа показывает, что EV-GGA — лучший метод, чем LDA и GGA, для расчета зонной структуры этих материалов.Однако авторы получили более широкую запрещенную зону с помощью EV-GGA, но валансные полосы, пересекающие уровень Ферми, показывают металлическое поведение этих материалов, что противоречит экспериментальным результатам.

Эту работу пересмотрели Bilal et al. [39] и они представили всестороннее исследование профилей полос и структурных и оптических свойств антиперовскитов SbNCa ₃ и BiNCa ₃ . Наряду с потенциалами LDA, GGA и EV-GGA они также использовали модифицированный потенциал Беке-Джонсона (mBJ) для точного расчета электронных свойств этих материалов.Они достигли значений прямой запрещенной зоны 1,1 и 1,09 эВ для SbNCa ₃ и BiNCa ₃ , соответственно, из потенциала mBJ. Зонные структуры, рассчитанные для всех упомянутых выше потенциалов, представлены на рисунке 3. Из рисунка видно, что оба материала демонстрируют полупроводниковые свойства, подтверждая экспериментальные результаты с mBJ, что дает наибольшие значения ширины запрещенной зоны.

Chi et al. синтезировали антиперовскиты на основе магния AsNMg ₃ и SbNMg ₃ реакцией пниктогена с Mg ₃ N ₂ при 800 ° C и исследовали структурные, транспортные и магнитные свойства этих материалов [40].Авторы сообщают о кубической структуре обоих материалов без искажений. Оба материала демонстрируют ионную связь с отрицательной валентностью 3 As, Sb и N. Авторы классифицировали оба материала как полупроводники на основе данных удельного сопротивления. Парамагнитное поведение наблюдается в соответствии с данными намагничивания в слабом поле, полученными при 50 Гс.

Шеин и Ивановский изучали структуру электронных зон и химические связи в антиперовскитных материалах AsNMg ₃ и SbNMg ₃ с использованием GGA [41].Рисунки 4 (а) и 4 (б) представляют ленточные структуры материалов, полученные авторами. Оба материала демонстрируют поведение ионных полупроводников с узкой запрещенной зоной. AsNMg ₃ имеет прямую запрещенную зону, а SbNMg ₃ — непрямую.

Okoye обсудил структурные, электронные и оптические свойства AsNMg ₃ и SbNMg ₃ с использованием полнопотенциальных расширенных плоских волн плюс метод локальной орбиты (APW + lo) [17]. Схема GGA использовалась для определения электронных и оптических свойств этих материалов.Это было первое исследование оптических свойств этих материалов. В этой работе автор проверил предыдущие результаты [17] и подтвердил, что оба материала имеют узкую запрещенную зону, причем AsNMg ₃ обладает прямой запрещенной зоной, тогда как SbNMg ₃ показывает непрямую запрещенную природу. Автор утверждает, что, поскольку DFT обычно недооценивает ширину запрещенной зоны, расчетные положения оптического спектра могут быть меньше экспериментальных значений. Мнимая часть диэлектрической функции, представленная в их работе, также подтверждает полупроводниковое поведение материалов.

Бухемаду с соавторами исследовали структурные электронные, упругие и оптические свойства материалов AsNMg ₃ [42] и SbNMg ₃ [16], используя метод псевдопотенциальных плоских волн (PP-PW) в рамках приближения обобщенного градиента (GGA). . Для AsNMg ₃ основная прямая запрещенная зона сначала увеличивается до 4 ГПа, а затем уменьшается в зависимости от давления, одновременно сохраняя природу прямой запрещенной зоны во всем применяемом диапазоне давлений, в то время как SbNMg ₃ демонстрирует переход от основной непрямой запрещенной зоны на прямую природу запрещенной зоны, когда давление достигает 6.85 ГПа, как показано на рисунках 5 (a) и 5 ​​(b). Это были первые теоретические исследования упругих свойств этих материалов; следовательно, Belaroussi et al. [43] теоретически изучили структурные и упругие свойства SbNMg ₃ и сравнили свои исследования с этой работой.

Amara et al. исследовали структурные, упругие и электронные свойства PNMg ₃ , AsNMg ₃ , SbNMg ₃ и BiNMg ₃ с использованием полнопотенциальных дополненных плоских волн плюс локальная орбиталь (FP-LAPW + lo) в пределах GGA, рассматривая обменные и корреляционные эффекты с помощью потенциала mBJ Тран-Блаха для зонной структуры, плотности состояний и плотности заряда для достижения лучших результатов [44].Это первое исследование антиперовскитных материалов PNMg ₃ и BiNMg ₃ . Все материалы демонстрируют полупроводниковые свойства. Таблица 2, воспроизведенная из [44], показывает, что PNMg ₃ и AsNMg ₃ являются материалами с прямой запрещенной зоной, а SbNMg ₃ и BiNMg ₃ являются материалами с непрямой запрещенной зоной. Авторы достигли наибольших значений ширины запрещенной зоны по сравнению с предыдущими исследованиями за счет использования потенциала mBJ. Эластичные свойства показывают, что PNMg ₃ является самым твердым, а BiNMg ₃ — самым мягким из всех материалов.Увеличение ковалентности наблюдается у этих материалов при переходе от BiNMg ₃ к PNMg ₃ .

Безносиков работал на нитридах 3000 с антиперовскитной структурой 9000 NSr, аналитически рассчитанных по 9000 NSr и 9000 NSr. , BiNSr ₃ [45]. Gäbler et al. впервые синтезированы антиперовскитные материалы SbNX ₃ и BiNX ₃ (X = Sr и Ba) в 2004 г. [46].Составы были получены на основе химического анализа и подтверждены уточнениями Ритвельда, основанными на порошковых дифрактограммах. SbNSr ₃ и BiNSr ₃ находятся в кубической (Pm3m) структуре, а SbNBa ₃ и BiNBa ₃ находятся в гексагональной (P63 / mmc) структуре. Авторы сообщили о магнитных, электронных, оптических и связывающих свойствах этих материалов. Исследования удельного электрического сопротивления показывают, что эти материалы являются полупроводниками. Ширина оптической запрещенной зоны 1.15 эВ для SbNSr ₃ и 0,89 эВ для BiNSr ₃ измерены методом диффузного отражения. Авторы также рассчитали электронные запрещенные зоны с помощью DFT с использованием LDA и получили небольшие значения, аргументируя это тем, что LDA сильно недооценивает запрещенные зоны кристаллических материалов. Измерения восприимчивости показывают, что материалы диамагнитны.

Haddadi et al. [47] работали над структурными, упругими и электронными свойствами материалов ANSr ₃ (A = As, Sb и Bi) в 2009 году с использованием кода CASTEP, в котором применяется метод псевдопотенциальной полной энергии плоских волн.Авторы использовали теоретические параметры решетки из [45] вместо использования экспериментальных параметров решетки из [46] для оптимизации. Удивительно, но достигнутые авторами параметры решетки в точности совпадают с экспериментальными данными. Значения ширины запрещенной зоны 0,49, 0,31 и 0,26 эВ рассчитаны для материалов AsNSr ₃ , SbNSr ₃ и BiNSr ₃ соответственно, которые занижены из их экспериментальных значений оптической ширины запрещенной зоны [46] (см. Таблицу 3 ).

Давление, изученное Hichour et al., В 2010 г. , и оптические свойства материалов антиперовскитов ANSr ₃ (A = As, Sb, Bi) [32].Авторы использовали потенциал EV-GGA для увеличения ширины запрещенной зоны этих материалов и достигли 0,84, 0,55 и 0,36 эВ для AsNSr ₃ , SbNSr ₃ и BiNSr ₃ соответственно. Значения ширины запрещенной зоны уменьшаются для всех материалов с увеличением давления. Графики плотности заряда показывают, что эти материалы имеют смешанную ковалентную и ионную природу связи. Полупроводниковое поведение для SbNSr ₃ также очевидно из мнимой части диэлектрической функции, представленной в их работе.

Haddadi et al. [48] ​​исследовали структурные, упругие и электронные свойства гексагональных антиперовскитов SbNBa ₃ и BiNBa ₃ , используя приближение обобщенного градиента Ву-Коэна (GGA-WC). Авторы достигли ширины запрещенной зоны 0,529 эВ для обоих этих материалов, что согласуется с предыдущей теоретической работой [46]. Оба материала демонстрируют прямую полупроводниковую природу запрещенной зоны при давлении окружающей среды. На рис. 6 представлена ​​зависимость давления от ширины запрещенной зоны этих материалов.Ширина запрещенной зоны уменьшается с увеличением давления, а металлизация под давлением прогнозируется при давлении 7,95 и 8,02 ГПа для SbNBa ₃ и BiNBa ₃ соответственно.

Hichour et al. [49] исследовали структурные и упругие свойства кубических материалов SbNBa ₃ и BiNBa ₃ (в то время как эти материалы являются гексагональными экспериментально [46]), сравнивая структурные результаты с теоретическими данными из [45]. Джа и Гупта [50] также работали над динамическим исследованием решетки антиперовскитных соединений AsNBa ₃ и SbNBa ₃ с кубической структурой.Авторы представили металлические ленточные структуры этих материалов, которые противоречат экспериментальной работе [46].

3. Антиперовскитные материалы на основе переходных металлов

С 1960-х годов проводились обширные исследования различных физических свойств антиперовскитных материалов на основе марганца с общей формулой AXMn ₃ (A — металл или полупроводниковые элементы, а X — это C или N) [25]. В последнее десятилетие после открытия сверхпроводимости в MgCNi ₃

.

Новая платформа для изучения электронных свойств графена

(Слева) Структура наноустройства для измерения электронных свойств графена. Графен зажат между двумя слоями hBTN и двумя электродами (графитом и кремнием). (Справа) Электропроводность однослойного графена при разных напряжениях, демонстрирует провал около 350 мВ. Предоставлено: Институт фундаментальных наук.

Необычная электронная структура графена позволяет этому необычному материалу побить многие рекорды прочности, электропроводности и теплопроводности.Физики Центра теоретической физики сложных систем (PCS) в сотрудничестве с Исследовательским институтом стандартов и науки (KRISS) использовали модель для объяснения электронной структуры графена, измеренной с помощью новой спектроскопической платформы. Эти методы, опубликованные в журнале Nano Letters , могут способствовать будущим исследованиям стабильных и точных квантовых измерений для новой двумерной электроники.

В последнее время интерес к двухмерным материалам резко вырос как в академических кругах, так и в промышленности.Эти материалы состоят из чрезвычайно тонких листов, которые имеют другие физические свойства по сравнению с обычными трехмерными материалами. Более того, когда разные двумерные листы накладываются друг на друга, появляются новые электрические, оптические и термические свойства. Одним из наиболее многообещающих и хорошо изученных двумерных материалов является графен: один слой атомов углерода. Чтобы изучить электронные свойства как однослойного, так и двухслойного графена, команда создала наноустройство с графеном, зажатым между двумя слоями изолирующего материала, известного как гексагональный нитрид бора (hBN).Поверх этого устройства в качестве электрода поместили графит. Графит состоит из сотен тысяч слоев графена. Нижний слой состоял из одного слоя кремния и одного слоя кремнезема.

Регулируя напряжения, подаваемые через графит и кремний, ученые измерили изменения в проводимости графена, которая отражает его электронные свойства. Электроны графена имеют особую энергетическую структуру, представленную так называемым конусом Дирака, который на самом деле состоит из двух конусов, которые выглядят как песочные часы, только с бесконечно маленькой точкой между ними (точка Дирака).Вы можете представить его как необычный бокал для коктейля в форме песочных часов, в котором напиток играет функцию электронов графена. При температуре, близкой к нулю Кельвина (-273 градуса Цельсия), электроны упаковываются в самые низкие доступные энергетические состояния и заполняют стекло с двойным конусом снизу вверх, пока не будет достигнут определенный уровень энергии, называемый уровнем Ферми. Приложение отрицательного напряжения через слои кремния и графита эквивалентно питью из стекла, в то время как положительное напряжение имеет тот же эффект, что и добавление жидкости в стекло.Модулируя приложенные напряжения, ученые смогли определить электронную структуру графена, следуя уровню Ферми. В частности, они заметили, что, когда напряжение, приложенное к графиту, составляет около 350 милливольт, в измерении проводимости наблюдается провал, по которому уровень Ферми совпадает с точкой Дирака. Это хорошо известное свойство однослойного графена.

Электронная структура графена представлена ​​конусом Дирака. Используя метафору коктейльного бокала в форме песочных часов, различия в электронных структурах показаны как заполнение стакана жидкостью, состоящей из электронов.Приложение отрицательного напряжения эквивалентно питью, а положительное напряжение — наполнению стакана большим количеством жидкости (= электронов). Уровень Ферми — это максимальный уровень, на котором вы можете найти электроны, а самая тонкая часть песочных часов называется точкой Дирака. Кредит: Freepiks

Наконец, электрические свойства снова изменяются, когда к однослойному графену прикладывают магнитное поле. В этом случае вместо коктейльного бокала с песочными часами энергия электронов больше похожа на лестницу, где электроны возрастающей энергии могут быть найдены на более высоких ступенях.Промежутки между ступенями лестницы лишены электронов, а ступени заполняются электронами снизу вверх. Интересно, что данные, полученные учеными KRISS, были успешно воспроизведены физиками-теоретиками IBS и показали более 40 ступеней, технически известных как уровни Ландау. Каждый уровень четко различен из-за низкого фонового шума.

Действительно, ученые также смогли сопоставить теоретические и экспериментальные данные относительно электронных свойств двухслойного графена.Двухслойный графен имеет другое поведение проводимости с более широким провалом, более известным как энергетическая щель. При наличии перпендикулярного к нему электрического поля эта запрещенная зона делает двухслойный графен более похожим на полупроводники с перестраиваемым током. «Мы использовали интуитивно понятную модель для воспроизведения экспериментального измерения и дали теоретическое объяснение того, почему эти энергетические конфигурации образуются с однослойным и двухслойным графеном», — объясняет MYOUNG Nojoon, первый соавтор этого исследования.«Эта модель позволяет измерить напряжение и энергию в спектроскопических измерениях, и мы считаем, что это фундаментальный шаг для дальнейшего изучения электронных свойств графена».

Однослойный графен в (а-в) и без (б-г) наличии перпендикулярного магнитного поля (1 тесла). Теоретическая модель (c-d), полученная учеными IBS, полностью соответствует экспериментальным данным (a-b). В присутствии магнитного поля электронам разрешено занимать только определенные уровни энергии.Полоски представляют уровни энергии, на которых электроны разрешены или запрещены: электронам разрешено оставаться только в ярких полосках (технически известных как уровни Ландау).

Диоды инженерной мечты с графеновой прослойкой

Дополнительная информация:
Suyong Jung et al.Прямое исследование электронных структур однослойного и двухслойного графена с гексагональным туннельным барьером из нитрида бора, Nano Letters (2017). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.6b03821

Предоставлено
Институт фундаментальных наук

Ссылка :
Новая платформа для изучения электронных свойств графена (13 февраля 2017 г.)
получено 3 октября 2020
с https: // физ.org / news / 2017-02-platform-graphene-electronic-properties.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Новая самосборка может настроить электронные свойства графена

Когда графен поддерживается электрическим изолятором, отрицательно заряженные молекулы притягиваются друг к другу и образуют островки. На микроскопическом изображении виден один такой остров. Теория предсказывала, что, когда островок неожиданно формируется, дополнительные электроны из графена втекают в остров и удерживают молекулы вместе. Эти дополнительные электроны делают островок более стабильной структурой по сравнению с структурой, в которой молекулы находятся отдельно.Ученые могли использовать острова для модификации графена для электронных приложений. Предоставлено: Министерство энергетики США.

Ученые открыли новый механизм самосборки, который неожиданно заставляет отрицательно заряженные молекулы слипаться вместе с образованием островков, когда графен поддерживается электрическим изолятором. В этих условиях не уменьшаются различные зарядовые взаимодействия, как если бы графен опирался на металлическую подложку.При низких концентрациях отдельные адсорбированные молекулы отталкиваются друг от друга, но с увеличением концентрации молекулы образуют двумерные островки. Теоретически было определено, что поток дополнительных электронов из графена в островки удерживает молекулы вместе. Электронных движущих сил и энергии стабилизации достаточно, чтобы преодолеть отталкивание между отрицательными зарядами.

Этот механизм самосборки можно использовать для настройки электронных свойств графеновых слоев в устройствах и управления потоком электронов через графен.Этот механизм позволяет структурировать электронные свойства в атомном масштабе, что не может быть достигнуто с помощью обычных литографических методов, используемых в настоящее время в полупроводниковой промышленности.

Кремний оказался успешным, потому что это электронно настраиваемый полупроводниковый материал, который можно использовать в электронных устройствах. Графен имеет явные преимущества перед кремнием для многих приложений из-за его более высокой подвижности электронов и очень стабильной кристаллической структуры, но его может быть трудно точно настроить.Один из способов настроить электронные свойства графена — адсорбировать молекулы на его поверхность. Например, отрицательно заряженные молекулы на поверхности графена вытягивают электроны из слоя графена, изменяя его электронные свойства. Однако усилия по контролируемой сборке таких отрицательно заряженных молекул были ограничены, поскольку отрицательно заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Теперь ученые во главе с Калифорнийским университетом в Беркли и Национальной лабораторией Лоуренса Беркли обнаружили, что это отталкивание можно преодолеть, и двумерные островки могут быть управляемо сформированы отрицательно заряженными молекулами на графене, поддерживаемом изолятором.С помощью микроскопии и теоретического моделирования они определили, что лежащий в основе изолятор является ключом к изменению природы взаимодействий между отрицательно заряженными молекулами и графеном. Известно, что эти молекулы извлекают электроны из своей подложки. При низких поверхностных концентрациях отрицательно заряженные молекулы по отдельности принимают электроны от нижележащего графена и отталкиваются друг от друга, как и ожидалось, потому что одинаковые заряды отталкивают друг друга.

Примечательно и парадоксально, что при более высоких концентрациях эти заряженные молекулы слипаются вместе, образуя упорядоченные островки.Это обычное поведение объясняется теорией как пожертвование дополнительных электронов островкам молекул графеном по сравнению с пожертвованием отдельной молекулы. Эта надбавка делает образование островов энергетически более выгодным. Удивительно, но это поведение, наблюдаемое на графеновой подложке, поддерживаемой изолятором, не происходит, когда графен поддерживается металлом. Эта молекулярная самосборка представляет собой возможную альтернативу формированию графена с использованием обычных литографических методов.Настройка свойств графеновых слоев на атомном уровне могла бы позволить изготавливать новые устройства на основе графена, которые невозможно изготовить с использованием кремния.

Двумерные островки в графене открывают перспективы для производства устройств в будущем

Дополнительная информация:
Hsin-Zon Tsai et al.Самосборка молекул в плохо экранированной среде: FTCNQ на графене / BN, ACS Nano (2015). DOI: 10.1021 / acsnano.5b05322

Предоставлено
Министерство энергетики США

Ссылка :
Самосборка нового образца может настроить электронные свойства графена (2016, 27 июля)
получено 3 октября 2020
с https: // физ.org / news / 2016-07-self-assembly-tune-electronic-properties-graphene.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.